Солнечная энергетика — коллекторы и батареи своими руками: от матчасти к реализации и эксплуатации

Когда-то люди нагревали воду с помощью бочек, окрашенных в черный цвет, которые наполняли и, в течение дня, вода в них нагревалась на солнце до такой степени, что к вечеру можно было спокойно принимать душ. Эта нехитрая система послужила прототипом современной технике сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепловую. Солнечный коллектор для отопления позволяет летом и зимой экономить до 50%.

Несомненным плюсом такой технологии является то, что этот источник альтернативной энергии неисчерпаем, а если брать в расчет, что данная система экологически безвредна, то пользоваться ей становится сплошным удовольствием.

Даже в пасмурную погоду солнечный коллектор для отопления будет работать, и выполнять свою функцию, а в ясный день можно выжать до полутора тысяч киловатт.

Цифры будут отличаться от местности, где находится установка, в какой широте и климатической зоне, однако, ее эффективность давно уже доказана.

В летний период, когда в отоплении нет никакой необходимости, установка может служить только для горячей воды в системе водоснабжения, а зимой принимать участие в обогреве жилых помещений. Солнечный коллектор для отопления не накапливает электроэнергию, как это делает солнечная батарея. Он лишь способен нагревать, соответственно, и область применения его достаточно ограничена.

Разновидности коллекторов

Гелиосистема — это система преобразования солнечной энергии в любую другую, в том числе и тепловую энергию. Существует несколько основных типов коллекторов, которые отличаются между собой конструктивно: воздушный, плоский, коллекторно-концентратный и вакуумный. Помимо конструктивных отличий они еще отличаются по эффективности, но при этом и сложность установки у них разная.

  1. Воздушный. Эта система основывается на эффекте парника. То есть некий короб, внутренняя часть которого окрашивается в черный цвет для лучшего нагрева, а сверху его закрывают стеклом или иным прозрачным материалом. Воздушный поток можно перемещать с помощью нагнетателя. Из плюсов такой гелиосистемы можно отнести легкость и простоту монтажа, нет необходимости в каких-то специальных устройствах. Стоит взять в расчет, что теплоносителем является воздух, а значит, полностью исключена возможность протечки. К минусам относится невысокий КПД из-за прямой зависимости от погодных условий, невозможность использовать зимой в северных широтах. Такой коллектор чаще используют, как дополнение к основному.
  2. Плоская гелиосистема. Это уже профессиональное оборудование, которое представляет собой панели, защищенные сзади теплоизоляцией, а сверху покрытые рельефным поликарбонатом или закаленным стеклом. Увеличить нагревательный эффект позволяет дополнительное оптическое покрытие. Внутри такой панели проходит теплопроводная система труб, которая и разносит тепло по дому. Из минусов стоит взять в расчет достаточно большие теплопотери, несмотря на присутствие теплоизоляции в устройстве, поэтому, данная система проявит себя во всей красе лишь в южных широтах, а также большая парусность и сложность монтажа. Положительная сторона плоской модели — в высокой производительности в подходящих условиях.
  3. Коллекторно-концентратная система. Расчет сделан на параболоцилиндрический отражатель, вмонтированный под прозрачной поверхностью. Такая гелиосистема нагревает не какой-то конкретный теплоноситель, а прогревает сразу воздух в помещении. Эффективность такого устройства повышают датчики слежения за солнцем.
  4. Вакуумный метод. Данная конструкция схожа с плоской гелиосистемой. Стеклянные трубки размещены на темном покрытии в специальных секциях, но эффективность вакуумной схемы превышает все остальные. Расчет сделан по принципу термоса. Это полностью исключает возможность теплопотери. Внутри стеклянной колбы размещен медный стержень, при этом колба имеет двойное остекление, между которым как раз и находится вакуум. Даже зимой, когда температура окружающей среды находится в отрицательных значениях, вакуумная гелиосистема отлично работает. К минусам можно отнести то, что данную установку вряд ли получится собрать самостоятельно из-за технически сложного устройства, а так же особенностей монтажа.

Экономия использования солнечного коллектора очевидна

С помощью нехитрых математических вычислений, расчет показывает, что солнечные коллекторы для отопления действительно являются альтернативными источниками энергии, которые позволяют существенно сэкономить свои, заработанные кровью и потом, деньги.

Системы имеют конструктивные отличия, а также отличается их КПД, но при этом и назначение их может быть разным. Кому-то достаточно нагреть немного воды для душа, а кто-то решится использовать гелиосистему для отопления и водоснабжения. Современные технологии позволяют подобрать каждому пользователю нужный коллектор, произведя собственный расчет.

Источник: https://ekobatarei.ru/dlya_doma/solnechnyiy_kollektor_dlya_otopleniya

Приблизительный расчет солнечного коллектора — Альтернативные источники энергии

19 Март 2014        Главная страница » Расчеты

При использовании солнечных коллекторов (СК) в системе горячего водоснабжения необходимо правильно определить их количество или площадь: от этого зависит производительность. Расчет солнечного коллектора любого типа базируется на потребностях, которые известны заранее. В основном поставщики, предлагающие подобное оборудование, готовы не только установить, но и рассчитать необходимое количество СК, а также дать некоторые консультации. Конечно, можно полностью довериться фирме-установщику, а можно еще до обращения прикинуть самому, сколько же понадобиться коллекторов для обеспечения себя горячей водой исходя из своих условий.

Практика показывает, что на квадратный метр поверхности, установленной перпендикулярно ярким солнечным лучам, приходится в среднем 900 Вт тепловой энергии (при безоблачном небе). Расчет СК будем производить на основе модели площадью 1 м². Лицевая сторона – матовая, черная (обладает близким к 100% поглощением тепловой энергии).

Тыльная сторона утеплена 10 см слоем пенополистирола.
Требуется рассчитать теплопотери, которые происходят на обратной, теневой стороне. Коэффициент теплоизоляции пенополистирола – 0,05 Вт/м × град.

Зная толщину и предположив, что разница температур на противоположных сторонах материала – в пределах 50 градусов, высчитаем теплопотери:

0,05/0,1 × 50 = 25 Вт.

Такие же приблизительно потери ожидаются со стороны торцов и труб, то есть суммарное количество составит 50 Вт.
Безоблачным небо бывает редко, кроме того следует учитывать влияние налета грязи на коллекторе.

Поэтому снизим количество тепловой энергии, приходящейся на 1 м², до 800 Вт. Вода, используемая в качестве теплоносителя в плоских СК, обладает теплоемкостью, равной 4200 Дж/кг × град или 1,16 Вт/ кг × град.

Это означает, что для того, чтобы повысить температуру одного литра воды на один градус, потребуется затратить 1,16 Вт энергии.

  • Учитывая эти расчеты, получаем следующую величину для нашей модели солнечного коллектора 1 м² площади:
  • 800/1,16 = 689,65.

Округляем для удобства до 700 /кг × град. Это выражение обозначает количество воды, которое можно нагреть в коллекторе (модель площадью 1 м²) в течение часа. При этом не учитываются потери тепла с лицевой стороны, которые будут возрастать по мере разогрева.

Эти потери будут ограничивать разогрев теплоносителя в солнечном коллекторе в пределах 70-90 градусов. В связи с этим, величина 700 может быть применена к низким температурам (от10 до 60 градусов).

Расчет солнечного коллектора показывает, что система площадью 1 м² способна нагреть 10 литров воды на 70 градусов, что вполне достаточно для обеспечения дома горячей водой. Можно уменьшить время нагревания воды за счет уменьшения объема солнечного коллектора при сохранении его площади.

Если же количество проживающих в доме требует большего объема воды – следует применить несколько коллекторов такой площади, которые соединяют в одну систему.

Для того, чтобы солнечный свет воздействовал на радиатор максимально эффективно, коллектор необходимо ориентировать под углом к линии горизонта, равным широте местности. Об этом уже говорилось в статье Как рассчитать мощность солнечных батарей, действует тот же самый принцип.

В среднем, для обеспечения жизнедеятельности одного человека необходимо 50 л горячей воды. Учитывая, что вода до подогрева имеет температуру около 10 °С, разница температур составляет 70 – 10 = 60 °С. Количество тепла для подогрева воды необходимо следующее:

W=Q × V × Tp = 1,16 × 50× 60 = 3,48 кВт энергии.

Разделив W на количество солнечной энергии, приходящейся на 1 м² поверхности в данной местности (данные гидрометцентров), получим площадь коллектора.
Расчет солнечного коллектора для отопления производится аналогично.

Но объем воды (теплоносителя) необходим больший, что зависит от объема обогреваемого помещения.

Можно сделать вывод, что улучшения эффективности водонагревательной системы такого типа возможно достичь методом уменьшения объема и одновременном увеличении площади.

Расчет вакуумного солнечного коллектора

Проектирование системы должно проводиться с учетом:

  • особенностей климата в данной местности;
  • объема отапливаемого помещения и этажности здания;
  • количества проживающих (работающих) людей;
  • типа установленных отопительных приборов;
  • коэффициента теплопроводности стен (определяется исходя из толщины и материала);
  • места размещения теплообменника и т.п.

Проектные работы выполняются в два этапа. Первый предполагает расчет солнечного коллектора для отопления, а именно определение их количества, необходимого для отопления. Второй этап – привязка полученных результатов к существующей системе отопления.

Подробнее о первом этапе: определяем количество энергии, которое вырабатывается коллектором за день. Для этого следует использовать данные о среднемесячном уровне солнечного излучения (сведения из гидрометцентра) в данной местности.

Умножив это значение на площадь коллектора и его КПД (примем равным 0,8), получим:

Ек= Ес.× Sр.× 0,8 (кВт/день)

Затем определяем количество расходуемой воды (Vдн, л.), которая нагреется коллектором в течение дня. Это зависит от параметров отопительной системы.

Известно, что для повышения температуры 1л воды на 1 градус требуется затратить 1,16 Вт мощности.

Разделив числовое значение количества вырабатываемой энергии за день на теплоемкость воды, получим температуру, до которой солнечный коллектор данной модели может нагреть теплоноситель.

Тк= Ек./ (Vдн.× с), °С

Если расчеты показывают, что полученная температура является недостаточно высокой, для ее увеличения необходимо изменить площадь СК: установить дополнительные вакуумные трубки или панели.

Это интересно:

Расчет ветрогенератора, что нужно учитывать?
Солнечный коллектор как альтернативное отопление дома
Солнечный коллектор своими руками

Источники: http://dom.delaysam.ru/voda/voda2.html; www.windsolardiy.com

Источник: http://www.energya.by/priblizitelnyiy-raschet-solnechnogo-kollektora/

Солнечный коллектор для отопления дома

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

Читайте также:  Локальная канализация для дома своими руками: законность, устройство, прокладка

Принцип действия

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

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

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

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

Виды

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

По типу конструкции:

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

По типу теплоносителя:

По способу использования теплоносителя:

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

По способу передачи тепла:

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

Как работает зимой?

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

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

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

Работа системы осуществляется следующим образом:

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

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии.

Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество).

Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.

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

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к.

для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта.

Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

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

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика.

Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

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

Плюсы и минусы

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

Плоские солнечные коллекторы

Достоинства использования:

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

Недостатками являются:

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

Вакуумные солнечные коллекторы

Достоинства использования:

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

Недостатками являются:

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

Источник: https://alter220.ru/solnce/solnechnyj-kollektor.html

Разновидности и особенности установки солнечного коллектора для отопления

На сегодняшний день появилась возможность сократить расходы на отопление. Все это реально благодаря солнечным коллекторам, которые представляют собой уникальные системы, позволяющие бесплатно получать экологический источник чистой энергии. Их можно активно использовать как для отопления небольших дачных домиков, так и коттеджей.

Солнечный коллектор – это современная конструкция, которая способна накапливать солнечную энергию и превращать ее в источник тепла. Устройство изготавливают из металлических пластин, покрашенных в черный цвет и заключенных в корпус из стекла. Такое оборудование можно устанавливать для отопления дома, а также для обеспечения систем горячей водой.

Благодаря установке коллектора можно экономить от 30 до 60% энергоносителей, а это означает, что расходы на электричество и газ значительно снижаются и эксплуатация дома удешевляется. Подключенное в систему теплоснабжения устройство играет роль теплового носителя, который круглосуточно поддерживает температуру согласно санитарным и технологическим нормам.

Конструкция солнечного коллектора представлена в виде системы трубок, последовательно соединенных между собой и имеющих входную и выходную магистраль. По трубкам может проходить как воздушный поток, так и техническая вода.

Во время циркуляции вещества наблюдается его переход из одного агрегатного состояния в другое, в результате чего происходит выделение тепла.

Читайте также:  Лодка своими руками (без популизма): проект, оргвопросы, изготовление

То есть, принцип действия батареи заключается в накоплении энергии фотоэлементами, ее концентрации и передачи.

Помимо трубок, конструкция также имеет специальный бак, где хранится вода в нагретом состоянии. Чтобы жидкость не охлаждалась, бак дополнительно обшивают качественной теплоизоляцией.

Кроме это, в емкость монтируют и дублирующий электронагреватель, который автоматически включается в зимний период или при пасмурной погоде. Корпус коллектора, как правило, изготавливают из стекла, так как использование полимерных материалов не рекомендуется.

Они обладают высоким показателем теплового расширения, неустойчивы к лучам ультрафиолета, что может привести к разгерметизации корпуса.

В качестве теплоносителя обычно выбирают воду, но если планируется круглогодичная эксплуатация системы, то нужно до наступления холодов техническую жидкость заменять антифризом. Часто теплоносителем в коллекторах выступает и воздух, каналы для его перемещения делают из профлистов.

Для отопления небольших строений применяют обычные конструкции, для автономных и централизованных систем в схему добавляют не только нагревательное оборудование, но и циркуляционные насосы.

К главным преимуществам солнечных агрегатов можно отнести:

  • возможность бесперебойного обогрева зданий круглый год;
  • долгий срок эксплуатации, достигающий 30 лет;
  • экономия энергоресурсов;
  • возможность одновременного обогрева помещений, теплиц, пристроек и бассейнов;
  • отсутствие отходов;
  • быстрый монтаж;
  • оптимизация под индивидуальные проекты.

Что же касается недостатков, то их немного:

  • высокая стоимость установки;
  • низкая эффективность работы устройства, обусловленная климатическими условиями и особенностями ландшафта;
  • принудительная циркуляция воды.

Существует множество видов солнечных коллекторов, все они отличаются между собой особенностью конструкций, но одинаково выполняют роль теплоносителя и используются для обогрева домов. На сегодняшний день различают следующие типы устройств:

Считается самым распространенным вариантом для установки в современных системах гелиоэнергетики. Он состоит из абсорбера, термоизолирующего покрытия, прозрачного слоя и теплоносительной трубки.

Популярность данного вида обусловлена простотой монтажа и доступной ценой, но в отличие от других коллекторов для него характерно небольшое КПД.

Внешне устройство имеет вид стальной или алюминиевой панели площадью от 2 до 2,5 м2.

Снаружи панель покрывают листами из гелиостекла, это позволяет максимально поглощать энергию солнца и поставлять ее с минимальными потерями. Под стеклом располагается специальный поглотитель в виде плоской трубки, его изготавливают из сплавов алюминия или меди. Трубка оснащена радиальным оребрением, поэтому во время рабочего процесса наблюдается высокий КПД.

Плоский коллектор годится только для обогрева частного дома, так как с его помощью зимой можно отопить небольшую площадь.

Это дорогостоящее устройство, которое имеет отличные эксплуатационные характеристики. Батарея представляет собой ряд, состоящий из парных стеклянных трубок.

Из пространства между ними откачивают воздух и выполняют спайку, образованный таким образом вакуум служит хорошим теплоизолятором и снижает потери энергии. Верхние трубки вставляются в распределитель, где циркулирует сам теплоноситель.

В зависимости от распределения тепла такие коллекторы бывают прямоточные и с плоской трубкой.

Данное устройство предназначено для топки зданий за счет нагрева воздушных масс. Потоки воздуха поступают в систему через поглотитель и естественным путем или принудительно поставляются в теплообменник.

Недостатком коллектора считается то, что в отличие от жидких видов, в нем тепло проводится не так хорошо. Но подобная система характеризуется несложной конструкцией и легко управляется.

Если соблюдать все правила эксплуатации, то коллектор исправно прослужит более 20 лет.

Внешне имеет сходство с вакуумным устройством, но в его конструкции в трубках под определенным углом располагается жидкость. Трубки присоединяются к баку, из которого горячая вода передается в систему и возвращается.

Главным достоинством агрегата является, то что для его монтажа не нужно применять дополнительные элементы. Некоторые модели таких коллекторов могут также работать и без бака.

Во время эксплуатации водяного коллектора при температурном режиме ниже -10 С необходимо заливать незамерзающую жидкость.

Перед тем как заняться установкой солнечного коллектора, необходимо правильно подобрать соответствующий вид устройства, так как от этого будет зависеть эффективность его работы и коэффициент теплообмена.

Поэтому, отправляясь за покупкой, стоит учесть следующие нюансы:

  • Лучше всего отдавать предпочтение плоским моделям, так как они считаются самыми прочными и имеют положительные отзывы потребителей. Их агрегат способен нагревать воду свыше 40 С, но если батарея выходит из строя, то придется заменять всю систему адсорбции. Вакуумные виды устройств характеризуются быстрым повреждениям трубок и очень чувствительны к внешним воздействиям. Но стоит заметить, что ремонт изделия выполняется просто, так как заменяется только конкретная колба. Зато в зимнее время года такие батареи хорошо поддерживают температуру, в этом их плюс.
  • Что же касается воздушных коллекторов, то они редко выходят из строя и не требуют ремонта. Кроме этого, они надежно выдерживают низкую температуру и долговечны в использовании. Единственное, что подобные устройства не подойдут для отопления больших зданий, так как слабо прогревают помещения.
  • Немаловажным показателем для выбора является и размер трубок, от которого зависит эффективность преобразования солнечной энергии. Трубка мелкого диаметра снижает процесс выработки энергии. Поэтому желательно приобретать коллекторы, имеющие в конструкции несколько больших колб шириной до 6 см и длиной до 2 м.
  • Особое внимание следует уделять мощности батарей. Системы с низким сохранением тепла нельзя использовать при низкой температуре. В частности, это касается моделей с водяной тепло подачей.
  • Монтаж установки должен выполняться после предварительного проектирования. Для этого нужно знать размеры батарей, которые бы подходили для крепления к крыше.
  • Можно покупать коллекторы как с вертикальным, так и горизонтальным расположением. При этом вертикальные конструкции издавать от проблем с очисткой от снега, но их КПД будет низким. Чтобы этого избежать, нужно до установки предусмотреть место для исхода осадков.

Солнечная энергия является идеальным источником для отопления зданий. Чтобы ее максимально преобразить в тепло, необходимо точно рассчитать затраты ресурсов и мощность установок, учитывая тип агрегата и его месторасположение.

В первую очередь нужно знать какое количество энергии попадает на поверхность панели. Как известно, на 1 м2 поверхности попадает около 1367 Вт солнечной энергии, но проходя сквозь слои атмосферы, мощность теряется до 500 Вт.

В связи с этим для средних расчетов берется условное значение 800 Вт.

Солнечный коллектор является рабочей станцией, основание которой защищено антибликовым покрытием и стеклом. Благодаря тому, что основание покрыто черной краской, наблюдается 100% поглощение энергии. Так как в состав батарей входит теплоизоляция, то можно определить коэффициент потери тепла.

Для каждого материала он разный, но изоляцию коллекторов часто выполняют на основе минваты, поэтому для простых расчетов берется показатель 0,045. Предполагая то, что температурная разница между внешним и внутренним слоем теплоизоляции не превышает 50 С, потери энергии составят: 0,045: 0,1 × 50 = 22,5 Вт.

Аналогичны будут потери и для труб, поэтому суммарный показатель получится 45 Вт. Поэтому чтобы нагреть 1 л воды на 1 С, потребуется мощность энергии в 1,16 Вт. Определив эти величины, можно легко узнать объем жидкости, который можно нагреть батареей с рабочей площадью 1 м2 за один час: 800: 1,16 = 689,65. Чтобы улучшить теплопередачу, агрегаты лучше всего размещать с ориентацией на юг.

Важным расчетом считается, и рабочая площадь батареи. Для этого количество нужной энергии нужно разделить на 800 Вт и получится искомое значение.

Но стоит обратить внимание, что данный показатель соответствует площади агрегата, рассчитанного на обслуживание одного человека.

Поэтому если в доме проживает семья, состоящая из двух, трех и более человек, то значение следует увеличить.

Солнечный агрегат можно не только самостоятельно установить, но и изготовить своими руками. Самодельный коллектор может быть как вакуумный, так и воздушный или плоский.

Что выполнить монтаж устройства понадобятся следующих элементы:

  • датчики температурного режима;
  • переходники ведущие к системе подключения холодного и горячего водоснабжения;
  • водосток для выхода горячей воды;
  • регулятор солнечной энергии;
  • емкость или бак;
  • циркуляционный насос;
  • датчики контроля подогрева воды.

Подключение и сборку всех составляющих конструкции следует выполнять согласно проекту, придерживаясь инструкции:

  • На первом этапе определяются с размерами будущего коллектора. Для этого точно рассчитывают площадь его размещения и интенсивность солнечной энергии. Важно обратить внимание на расположение здания, где планируется установка системы, в зависимости от полученных показателей выбирается материал для нагревательного контура.
  • Следующим шагом будет сборка устройства, во время которой изготавливается короб, радиатор, накопитель и теплообменник. Коробку можно сделать из обрезной доски толщиной не менее 5 мм, ее днище укрывают оцинкованный листом и дополнительно укладывают пенопласт, который послужит хорошей теплоизоляцией. Для теплообменника используют трубки длиной 1,6 м, их должно быть 15 шт., их собирают в цельную конструкцию, соблюдая шаг 4,5 см. Чтобы улучшить поглощение лучей, дно коробки красят в темный цвет, затем устанавливают в качестве перегородок стекло и стыки герметизируют.

В качестве основного накопителя можно применять как сосуд объемом от 140 до 380 л, так и другие сваренные конструкции или бочки. Емкость должна быть хорошо изолирована от потерь тепла, поэтому аванкамеру оборудуют дополнительно шарнирным краном. Вначале монтируется аванкамера и тепло накопитель, затем полученную конструкцию размещают под углом 35–40.

Между накопителем и теплообменником делается расстояние в 70 см, иначе потери тепловой энергии будут значительны.

  • Завершающим этапом считается ввод оборудования в эксплуатацию. Полученную конструкцию присоединяют к водопроводу. Для этого требуется запорная арматура. Устройство заполняют водой и присоединяют аванкамеру. Затем важно проверить уровень жидкости и отсутствие утечек воды. После контроля, самодельный коллектор готов к эксплуатации.

Установка солнечных систем позволяет экономить электроэнергию, обеспечивая дом «бесплатным» теплом и горячей водой.

Читайте также:  Установка жалюзи на окна своими руками: горизонтальных и вертикальных

Но выбирая данный вид устройств, нужно помнить, что эффективность системы будет значительно снижаться вечером и утром, так как основной объем энергии вырабатывается при ярком солнце.

Чтобы солнечные коллекторы надежно прослужили много лет и бесперебойно обеспечивали здание теплом, при их выборе и монтаже необходимо учесть следующие рекомендации специалистов:

  • Покупая батарею, следует уточнить можно ли ее эксплуатировать зимой и какая мощность системы.
  • Если коллектор собирается самостоятельно, то нижнюю часть его теплообменника нужно обеспечивать денежными вентилями и теплоизоляцией, которая позволить сохранить качество разогретой жидкости. При этом трубы можно также обмотать плотной тканью или полиэтиленом.
  • В конструкции должен обязательно присутствовать вентиль, предотвращающий циркуляцию от теплоносителя. Если наблюдается резкое снижение температуры, то вентиль нужно закрыть.
  • Перед тем как соорудить солнечные установки, следует сделать детальный расчет площади батарей, а также максимальную выработку энергии.

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками из алюминиевых банок, смотрите в следующем видео.

Источник: https://stroy-podskazka.ru/solnechnye-batarei/kollektor-dlya-otopleniya/

Солнечный коллектор: принцип работы и способы применения. Солнечные коллекторы для дома :

Ежедневно от нашей ближайшей звезды на землю поступает столько энергии, сколько все человечество тратит в течение года в пересчете на ее ископаемые виды. Тепловая энергия переносится видимым светом и инфракрасным излучением.

Одной из попыток приручить неиссякаемый поток тепла и света из космоса является гелиосистема теплообмена. Медленно, но уверенно солнечные коллекторы для отопления дома приобретают популярность у потребителей и вытесняют традиционные источники отопления. А для набирающей обороты концепции умного дома это и вовсе неотъемлемая часть инженерного оборудования.

В его широкой доступности играет роль повышение технологичности производства и, как следствие, снижение стоимости. Около 70 % мирового рынка использования гелиосистем приходится на Китай. В южных регионах этой страны едва ли не на каждой крыше можно увидеть солнечный коллектор.

Цена изделий нашего восточного соседа гораздо ниже европейских, качество довольно приемлемое.

Сомнения прочь

В странах Средиземноморья, где количество солнечных дней — более 300 в году, солнечный коллектор для отопления и нагрева воды можно встретить практически на каждой крыше. Не вызывает сомнения эффективность использования этого источника тепла в южных регионах России.

Климат средней полосы считается неблагоприятным для таких энергетических установок. Однако исследования и эксперименты доказывают целесообразность применения гелиосистем. Специальная работа была проведена в институте высоких температур Российской академии наук.

Средние показатели интенсивности солнечного потока в зависимости от климатической зоны составляют 150-300 Вт/кв. м. Пиковые показатели достигают 1000 Вт/кв. м.

Исходными данными для расчета эффективности гелиосистемы было выбрано отношение поверхности в 2 кв. м коллектора к 100-литровому объему бака-накопителя. Вероятность ежедневного нагрева воды в системе оценивается следующими показателями:

  • до температуры +37 °С — 50-90 %;
  • до температуры +45 °С — 30-70 %;
  • до температуры +55 °С — 20-60 %.

Эти сухие цифры говорят о том, что в холодный период года солнечный коллектор даже при наименьшем количестве солнечных дней позволяет экономить до 60 % энергии для отопления дома.

Виды преобразователей солнечной энергии

Солнечный коллектор предназначен для преобразования энергии дневного светила в тепловую энергию. Применяемые материалы и конструктивные решения направлены на максимальное поглощение энергии солнца, преобразование ее в тепловую и эффективную передачу для дальнейшего использования.

В качестве теплоносителя используется как специальная незамерзающая жидкость, так и атмосферный воздух. Циркуляция теплоносителя бывает принудительной и естественной.

В том случае если применяется естественная, конвекционная, система теплообмена, солнечный коллектор должен располагаться ниже бака-аккумулятора, например на прилегающем земельном участке. Такая схема применяется при необходимости отопления небольших или временных помещений.

Объемные системы требуют использования насоса для циркуляции жидкости. Такую схему можно использовать и для устройства системы горячего водоснабжения.

Схема гелиоустановки

Система отопления состоит из следующих компонентов:

  • Солнечный коллектор преобразует энергию солнца в тепловую.
  • Подающая магистраль доставляет теплоноситель в бак-накопитель.
  • Электронасос осуществляет циркуляцию жидкости-теплоносителя.

В баке-накопителе происходит передача тепла от контура гелиоустановки контуру паровой системы отопления дома. В этой емкости может быть размещен дублирующий нагревательный элемент, который автоматически включается, если погодные условия не способствуют нагреву теплоносителя до заданных параметров.

Жидкость гелиоустановки соответствует противоречивым требованиям. Она должна быть морозоустойчивой, но в то же время не испаряться при высокой температуре и не быть токсичной. В большинстве установок используется теплоноситель, состоящий из 60 % дистиллированной воды и 40 % гликоля.

Автоматика позволяет без участия человека поддерживать нужную температуру внутри помещения и не допускать перегрева теплоносителя.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумные системы имеют довольно сложное устройство. Основным рабочим элементом является дорогостоящая светопоглащающая трубка особой конструкции. В основу положен принцип термоса. Поверхность вакуумной трубки прозрачная. Она пропускает солнечный свет на внутреннюю трубку. Из пространства между ними откачан воздух, отсутствие газа позволяет сохранять до 97 % тепла.

В нижней части внутренней трубки находится теплоноситель – жидкость, которая при нагревании быстро переходит в газообразное состояние. В верхней части трубки происходит передача тепла коллектору, при этом теплоноситель охлаждается и, конденсируясь, возвращается в изначальное состояние.

Системы с использованием вакуумных трубок обладают довольно высоким КПД при температуре ниже -37 °С и плохой освещенности. Это оборудование требует своевременной очистки от снега и монтажа строго под определенным углом. Также периодически прозрачные сегменты следует очищать от загрязнения.

Вакуумный солнечный коллектор специально разрабатывался для северных широт. Он эффективно работает при отсутствии прямых солнечных лучей.

Плоский гелиопреобразователь

Плоский солнечный коллектор представляет собой автономную панель, состоит из трех компонентов:

  • Поглотитель солнечного излучения. Его красят черной краской или наносят специальное покрытие.
  • Верхнее прозрачное покрытие. Изготавливается из закаленного стекла или поликарбоната.
  • Система трубок, посредством которой прогревается циркулирующий в ней теплоноситель. Как правило, делается из меди.

Задняя сторона панели имеет эффективное теплоизоляционное покрытие. Одна или несколько таких панелей подключаются к подающей линии бака-аккумулятора. Этот вид системы имеет сравнительно низкую стоимость и хорошую производительность в теплые сезоны. Минусом является низкая эффективность при отрицательных температурах и ощутимые теплопотери.

Коллектор-концентратор

В южных широтах, где наибольшее количество ясных дней, получил распространение так называемый концентратор.

Он представляет собой систему параболических отражателей, расположенных на одной криволинейной поверхности и концентрирующих солнечный свет в определенной точке.

Для наибольшей эффективности требуется изменение положения в двух плоскостях вслед за движением солнца по небосводу в течение дня. Солнечные коллекторы для отопления дома такой конструкции не применяются.

В быту и на работе

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

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

Воздушная гелиосистема

Отопительная система может в качестве теплоносителя использовать не только жидкость, но и атмосферный воздух. Воздушный солнечный коллектор применяется для обогрева всех типов помещений и в зависимости от конструкции бывает трех типов:

  • Плоский имеет схожие принципы с подобной жидкостной конструкцией.
  • Пирамидальный использует сложную систему отражающих поверхностей.
  • Венецианские жалюзи располагаются между переплетами стекла и направляют теплый воздух в помещение. Применяется при ленточном остеклении зданий.

В отличие от жидкостных устройств воздушный солнечный коллектор может быть изготовлен из неметаллических материалов.

Солнечная система для горячего водоснабжения

Систему горячего водоснабжения можно подключить к баку-аккумулятору. Бак, таким образом, будет играть роль бойлера, в котором, в свою очередь, роль электрического тэна будет играть теплообменная спираль, включенная в контур системы обогрева. Посредством спирали теплоноситель начнет нагревать воду в баке. Таким образом, схема водоснабжения будет накопительной или проточно-накопительной.

Солнечный коллектор своими руками

Простейший солнечный преобразователь предусматривает непосредственную передачу тепла солнечного света циркулирующий внутри системы труб воде. Подобную продукцию производила отечественная промышленность в начале этого века.

Солнечные коллекторы для дома изготавливались из медной трубки диаметром до 20 мм. Для удобства монтажа и использования она закручивалась в плоскую спираль, имеющую на обоих концах штуцер для подсоединения магистрального трубопровода либо просто садового шланга.

Такую спираль можно было разместить на скате крыши дачного домика. Объема горячей воды вполне хватало, чтобы принять душ в конце дня и помыть посуду. Подобный солнечный коллектор своими руками можно сделать из черной пластиковой трубы.

Плоский гелиопреобразователь изготавливается с помощью теплообменника от старого холодильника.

Установка коллектора

Сложность эксплуатации солнечной системы в том, что эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом, времени года и суток, наличия облачности, влажности и температуры окружающего воздуха.

Солнечный коллектор для отопления помещения в горизонтальной плоскости должен быть ориентирован строго на юг. Отклонения в сторону запада или востока допускаются в пределах 40°. При этом эффективность установки снизится примерно до 20 %.

Важную роль играет угол наклона, который должен составлять от 35 до 45°.

Самым разумным вариантом является на стадии проектирования нового жилища предусмотреть, что на крышу будет установлен солнечный коллектор. Цена на подобное оборудование значительно выше, чем на привычное паровое отопление. Но затраты с лихвой оправдаются последующей эксплуатацией. Срок окупаемости, если дом утеплен в соответствии со всеми нормами и правилами, в среднем составляет пять лет.

Источник: https://www.syl.ru/article/173230/new_solnechnyiy-kollektor-printsip-rabotyi-i-sposobyi-primeneniya-solnechnyie-kollektoryi-dlya-doma

Ссылка на основную публикацию