Альтернативный способ отопления с помощью солнечного коллектора

Возможность использования энергии солнца в бытовых и производственных целях интересует человека вот уже несколько столетий. В этом направлении инженеры создали множество проектов и продолжают поиски более выгодных вариантов. И небезуспешно. Технологии, реализованные в солнечных коллекторах для отопления дома, позволяют освоить до 95% поглощаемой энергии солнца. Для сравнения — этот показатель для аналогичных устройств на фотоэлементах составляет всего 18%.

Как выбрать солнечный коллектор для отопления дома: типы вакуумных трубок и качество воды

Подробности Опубликовано: 15:43

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Солнечная энергия Технологии Видео Статьи Своими руками Энергоэффективность Обогреватель Солнечный коллектор

  • Назад
  • Вперёд

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Смотрите еще интересные материалы:

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Виды вакуумных трубок

Различают пять видов вакуумных трубок для солнечных коллекторов. Они отличаются внутренним строением и конструкцией. Кроме того, каждый из них может быть дополнен металлическим (чаще алюминиевым) абсорбером, который помещается внутрь стеклянной колбы в виде трубки.

Важно! Большинство производителей заполняют нижний промежуток между стеклянными стенками барием – он поглощает примеси газов и улучшает термоизоляционные свойства. Его отсутствие может снизить эффективность работы коллектора до 15%.

Термосифонные (открытые) вакуумные трубки

Такой вид трубок солнечного коллектора используется в коллекторах с наружным баком-накопителем. они заполнены водой и образуют с резервуаром один объем. Нагретая вода из колбы поднимается в бак, а охлажденная опускается вниз.

Термосифонные вакуумные коллекторы используются в следующих случаях:

  1. Для подключения к системе горячего водоснабжения;
  2. В регионах с высоким уровнем инсоляции в холодное время года;
  3. Для сезонного использования (весна, лето, осень).
Виды вакуумных трубок

Коаксиальная трубка (Heat Pipe)

Это наиболее распространенный вариант вакуумных трубок. В ней внутри стеклянной колбы находится медная труба, наполненная жидкостью с низкой температурой кипения или водой под низким давлением.

При нагреве жидкость или вода начинают закипать, пар поднимается вверх, попутно нагреваясь от медных стенок. В верхней части он попадает в теплообменник – расширение на конце, в котором отдает тепло через стенки воде, которая циркулирует вокруг него.

После охлаждения пар конденсируется на стенках теплообменника и стекает вниз. Цикл повторяется заново.

Схематическое внутреннее строение коаксиальной трубки и теплообменника.

Спаренные коаксиальные трубки

Принцип работы такого теплоприемника как у предыдущего, за одним исключением – к одному теплообменнику присоединены две медных трубки с жидкостью. Спаренная система позволяет более эффективно отбирать тепло, а большая емкость и площадь стенок теплообменника – быстро нагревать воду.

Вакуумные коллектор с спаренной коаксиальной системой устанавливают там, где необходимо:

  1. Обеспечить небольшой подогрев больших объемов воды;
  2. Есть потребность в тепловой энергии на протяжении солнечного дня;
  3. Высокий средний уровень инсоляции;
  4. Происходит быстрая прокачка воды через систему.

Перьевые вакуумные трубки

В их конструкции есть дополнительный теплообменник, который позволяет более эффективно отбирать тепло из внутренней части стеклянной колбы. Обычно он выполнен в виде двух продольных пластин, находящихся по бокам медного теплоприемника.

В остальном принцип работы точно такой, как у коаксиальной трубки.

Виды вакуумных трубок

U-образные вакуумные трубки (U-type)

Эта система кардинально отличается от предыдущих. В ней используется две магистрали – для холодной и нагретой воды.

В стеклянной колбе установлен теплообменник в виде английской буквы U, по которому проходит вода. Из магистрали с холодной водой она поступает в него, нагревается и возвращается в трубу с нагретой водой.

Коллектор с вакуумными трубками U-образного типа наиболее эффективен, но его монтаж сопряжен с трудностями. Проточные магистрали при сборке крепятся с помощью сварки с медными трубками, находящимися внутри стеклянной колбы. Получается единая цельная система с большой энергоэффективность, но низкой ремонтопригодностью.

Читайте также:  Какое давление в трубах отопления нормально и что делать с перепадами?

Установка колбы на U-образную медную трубку.

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.

Экономия использования солнечного коллектора очевидна

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 солнечный коллектор для отопления, произведя собственный расчет.

Вопросы выбора

Основа всех солнечных установок

В вопросах приобретения коллектора мнения специалистов расходятся. Покупатель вынужден самостоятельно принимать решение, опираясь на характеристики конкретного вида устройств.

Вакуумные модели, несмотря на низкий КПД, не боятся морозов. Им не грозит замерзание теплоносителя. Это существенный нюанс, который аргументирует выбор покупателей этого вида установок.

Плоские модели отличаются простотой конструкции. Отсутствие сложных механизмов делает их предпочтительными для тех, кто ценит надежность и прочность.

Вакуумные устройства более хрупки, но они обеспечивают отличное отопление на солнечных коллекторах в домах, где нужно нагреть теплоноситель до высоких температур. Дело в том, что плоские модели эффективно работают при условии, что разница температур внутри помещения и снаружи колеблется в диапазоне 20-40 градусов Цельсия. Другими словами, их использование в зимний период довольно проблематично. При слишком низких температурах за окном вряд ли удастся достичь комфортного микроклимата в доме.

К тому же при пасмурной погоде вакуумные аналоги выработают значительно больше тепла по сравнению с плоскими. С другой стороны, срок их службы несколько ниже, чем у конкурентов (средний составляет 15-30 лет). Однако в их пользу говорит и тот факт, что оборудование удобно в обслуживании. При повреждении вакуумного коллектора достаточно заменить вышедший из строя элемент, тогда как в плоском аналоге придется восстанавливать всю абсорбирующую систему.

Установка солнечного коллектора. Ориентация и угол наклона.

Для обеспечения предельной производительности работы солнечного коллектора, необходимо правильно определить, под каким углом он должен быть установлен.

Купить солнечный коллектор > > >

Ориентация и угол наклона солнечного коллектора.

Чтобы производительность солнечного коллектора была максимальной очень важна ориентация и угол наклона коллектора. Чтобы поглощать максимальное количество солнечной энергии плоскость солнечного коллектора должна быть всегда перпендикулярна солнечным лучам. Однако солнце светит на Земную поверхность в зависимости от времени суток и года всегда под различным углом.

Поэтому для монтажа солнечных коллекторов необходимо знать оптимальную ориентацию в пространстве абсорбера солнечного коллектора.

Для оценки оптимального ориентирования коллекторов учитывается вращение Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси, а так же изменение расстояния от Солнца.

Для определения положения солнечного коллектора или солнечной батареи необходимо учитывать основные угловые параметры:

  • широта места установки φ;
  • часовой угол ω;
  • угол солнечного склонения δ;
  • угол наклона к горизонту β;
  • азимут α;

Широта места установки (φ) показывает, насколько место находится севернее или южнее от экватора, и составляет угол от 0° до 90°,отсчитываемый от плоскости экватора до одного из полюсов — северного или южного.

Часовой угол (ω) переводит местное солнечное время в число градусов, которое солнце проходит по небу. По определение часовой угол равен нулю в полдень. Земля поворачивается на 15° за один час. Утром угол солнца отрицательный, вечером — положительный.

Угол склонения Солнца (δ) зависит от вращения Земли вокруг Солнца, поскольку орбита вращения имеет эллиптическую форму и сама ось вращения тоже наклонена, то угол меняется в течение года от значения ° до °. Угол склонения становится равным нулю два раза в год в дни весеннего и осеннего равноденствия.

Склонение солнца для конкретно выбранного дня определяется по формуле:

где n – порядковый номер дня в году, отсчитанный от 1-го января.

Наклон к горизонту (β) образуется между горизонтальной плоскостью и солнечной панелью. К примеру, при монтаже на наклонной крыше угол наклона коллектора определяется крутизной ската крыши.

Азимут (α) характеризует отклонение поглощающей плоскости коллектора от южного направления, при ориентировании солнечного коллектора точно на юг азимут = 0°.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую определенное значение азимута α и угол наклона β, определяется по формуле:

Если в данной формуле заменить значение угла β на 0, тогда получится выражение :

Интенсивность потока солнечного излучения для определенного положения поглощающей панели в пространстве вычисляется по формуле:

где Js и Jd интенсивность потоков прямого и рассеянного солнечного излучения падающие на горизонтальную поверхность, соответственно.

Для обеспечения попадания на абсорбер максимального (за расчетный период) количества солнечной энергии коллектор монтируют в наклонном положении с оптимальным углом наклона к горизонту β, который определяется расчетным методом и зависит от периода использования гелиосистемы. При южном ориентировании коллектора для круглогодичных гелиосистем β = φ, для сезонных гелиосистем β = φ–15°. Тогда формула примет вид, 

для сезонных гелиосистем:

для круглогодичных:

Солнечные коллекторы, ориентированные в южном направлении и смонтированные под углом от 30° до 65° относительно горизонта, позволяют достичь максимального значения поглощения солнечного излучения. Но даже при определенных отклонениях от этих условий гелиосистема может вырабатывать достаточное количество энергии.

Установка с небольшим углом наклона более эффективна в случае, если солнечные коллекторы или солнечные батареи нельзя ориентировать на юг.

К примеру, если солнечные панели ориентированы на юго-запад, с азимутом 45° и углом наклона 30°, то такая система сможет поглощать до 95% от максимального количества солнечного излучения. Или при ориентировании в восточном или западном направлении можно обеспечить до 85% попадания энергии на коллектор при установке панелей под углом 25-35°. Если угол наклона коллектора больше, то количество энергии, поступающее на поверхность коллектора, будет более равномерным, для поддержки отопления такой вариант установки более эффективен.

Зачастую ориентирование солнечного коллектора зависит от варианта монтажа солнечных коллекторов, установка коллектора производится на крыше здания, поэтому очень важно на стадии проектирования учесть возможность оптимально установки коллекторов.

Обучающее видео. Монтаж коллектора на скатной  крыше

Обучающее видео: Монтаж солнечного коллектора на плоской крыше

Как изготовить солнечный коллектор?

Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.

Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:

  • тонкостенные  медные трубки;
  • различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
  • наружный теплообменник старого холодильника;
  • трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
  • стальные панельные радиаторы;
  • черный садовый шланг.

Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.

Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.

Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.

Читайте также:  Газовая колонка аристон неисправности и методы их устранения

После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.

Основные преимущества коллекторов российского производства

В последние годы отмечен рост производства солнечных коллекторов в России. Связано это с повышенным спросом на продукцию такого рода, её относительно невысокой стоимостью и хорошим качеством сборки.

Конечно, по объёмам производства российских производителей нельзя на сегодняшний день сравнить с европейскими брендами, многие годы поставляющими на мировые рынки оборудование для гелиосистем. Но, положительные тенденции, несомненно, есть. Российские компании нашли своего благодарного покупателя в лице соотечественников и жителей стран бывшего СНГ.

  • Основное достоинство отечественного продукта — доступный ценник. Качественный типовый коллектор можно приобрести по средней цене в 250-450 долларов.
  • При этом покупатель получит сервис на европейском уровне. Производители из России научились понимать и слышать своего покупателя. Многие коллекторные гелиосистемы монтируются по индивидуальным заказам, со строгим соблюдением всех требований клиента.
  • Сборка и качество используемых материалов тоже находится на высоком уровне. Большинство производителей даёт гарантию на срок службы изделий в 20-25 лет, а в течение пяти лет покупатель имеет право на сервис и консультации.
  • Ну и, конечно, любой коллектор — существенная экономия семейного бюджета. Тепловая энергия, поступающая в дом, достаётся хозяевам фактически бесплатно. Платят они только за потреблённую циркуляционными насосами электроэнергию (это порядка 80-90 долларов в год).

Российские солнечные коллекторы — выгодное вложение средств, которое окупится в течение ближайших двух-трёх лет.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Галерея изображений

Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы

Шаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цвет

Шаг 3: Установка подводов для воздуха

Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

  1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
  2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
  3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Летний вариант конструкции

Можно сделать солнечный коллектор своими руками достаточно быстро, это не очень сложная работа. Для применения его на даче, в летнее время, вам не понадобятся сложные схемы и особое оборудование:

  • Если вода нужна только на улице (летний душ, горячая вода для стирки, бассейна, мытья посуды, прочих хозяйственных потребностей), бак тоже устанавливается на улице.
  • Когда вода нужна в доме, бак будет установлен внутри.
  • В такой системе происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому бак нужно устанавливать на 8-10 сантиметров выше уровня батареи.
  • Для соединения бака с батареей (абсорбером) понадобятся трубы определенного диаметра.
  • При большой протяженности системы лучше установить насос, который будет усиливать движение теплоносителя.

Солнечный коллектор из металлопластиковых труб