Принцип работы солнечного водонагревателя

Обновлено: 25.06.2022

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

  • Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
  • Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
  • Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

  1. Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
  2. Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

Принудительная циркуляция более эффективна и позволяет располагать узлы системы в наиболее удобном порядке, не обращая внимание на перепады высот и объемов.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

  1. Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
  2. Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
  3. Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

Для чего можно использовать?

Солнечный нагреватель воды, как правило, используется в качестве основного или дополнительного источника энергии для подготовки теплоносителя отопительного контура. Кроме того, солнечный подогреватель воды может готовить горячую воду для бытовых нужд.

Одним из распространенных способов использования нагрева воды от солнца является подача горячей воды в летний душ или умывальник, а также подогрев воды в бассейне. Возможно использование подогретой воды для полива растений в теплицах и парниках. Чем удачнее внешние условия, тем больше способов применения солнечных панелей для нагрева воды можно найти и использовать.

Установка

Солнечные водонагреватели для дома устанавливаются на открытой площадке с таким расчетом, чтобы поток солнечных лучей падал на них отвесно в течение всего дня. Солнце перемещается по небосклону, но обеспечить максимально равномерное освещение всегда можно. Основная задача — обеспечить отсутствие преград для получения тепловой энергии. Обычно установку коллекторов производят на скатах крыши, так как это позволяет сэкономить площадь участка и исключит доступ злоумышленникам, животным и прочим нежелательным элементам.

При удачном размещении панели температура застоя (теплоносителя, не находящегося в состоянии циркуляции) может достигать до 300°. Такого результата достичь непросто, чаще всего температура не превышает 60-65°, но и это вполне допустимый результат для отопительной системы, контура ГВС или теплого пола. Однако, возможность повышения температуры выдвигает особые требования к материалу соединительных трубопроводов.

Важно! Не допускается монтаж пластиковых или стальных труб, только из нержавеющей стали или меди. Кроме того, контур надо качественно теплоизолировать.

на солнечных батареях, цена которого достаточно велика, чтобы относиться к этому с пренебрежением. Существуют два типа установки, имеющие принципиальное различие:

Пассивная

  • Работа установки протекает полностью самостоятельно, без каких-либо дополнительных приспособлений. Получение и передача энергии происходит непосредственно на теплоноситель, который самотеком поступает в накопительную емкость. Примером пассивной установки может служить емкость для воды темного цвета для лучшего нагрева. Нагрев воды в ней происходит без дополнительной помощи, надо лишь поставить бак под лучи Солнца.
  • Циркуляция также естественная, теплые слои поднимаются вверх, уступая место холодным, которые, нагреваясь, в свою очередь, уступают место остывшим слоям. Простота и отсутствие необходимости в обслуживании таких установок привлекательны, но режим их работы крайне неустойчив, а эффективность составляет лишь малую часть от физически возможной.

Активная

  • Активная установка солнечной батареи для нагрева воды позволяет решить все проблемы с режимом циркуляции и получить максимальную эффективность теплопередачи. Обычно нагревательный контур имеет замкнутую конструкцию, в которой циркулирует вода или масло. В нормальном состоянии естественной циркуляции о масла получить невозможно, но, с помощью циркулярного насоса, можно получить высокую степень теплопередачи, свойственную маслу в силу физических особенностей.
  • Горячая вода от солнца, полученная подобным образом, может быть направлена в одно- или двухконтурные системы, для отопления и подачи ГВС. Результаты, полученные от активной установки, значительно выше, но и расходы на ее приобретение намного заметнее. Для пользователей, которые решили выбрать солнечные водонагреватели для дома, стоимость комплекта может оказаться слишком высокой, поэтому следует заранее узнать цену подобных комплексов.

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Экономически выгодный бойлер - солнечный водонагреватель

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

  • Sunrain Solar Energy Co., Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
  • Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
  • Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Какой выбрать для бассейна?

Выбор гелионагревателя для бассейна обусловлен его размерами, объемом воды, местом расположения и прочими критериями. Солнечные водонагреватели, цены и параметры которых находятся в наилучшем сочетании, могут быть изготовлены в разных конструкционных вариантах. Могут быть использованы все доступные варианты, от простейших открытых конструкций, до наиболее сложных и дорогих систем с конденсационными камерами.

Чем проще комплекс, тем он дешевле и надежнее, но и эффективность его будет соответственно ниже. Основным критерием выбора следует считать размер искусственного водоема и частоту подпитки извне. Специалисты рекомендуют для бытовых целей обходиться несложными и дешевыми гибкими моделями, представляющими собой резиновые плоскости с впаянными внутри трубками, по которым пропускается вода. Они недороги, но дают вполне достаточно тепла для поддержания нормальной температуры в бассейне.

Если необходимо подогревать воду в искусственных водоемах общественного или коммерческого пользования, рекомендуется приобретать полноценные комплексы из вакуумных трубок, или панельные конструкции. Они демонстрируют высокую эффективность и позволяют получать достаточное количество тепловой энергии. Параметры таких установок подробно изложены в паспорте, что позволяет выбрать комплекс, наиболее подходящий по производительности.

Как сделать водонагреватель своими руками?

Самостоятельное изготовление солнечного водонагревателя позволяет сэкономить некоторое количество денег и получить возможность бесплатного нагрева воды для любых нужд. Нет смысла использовать дорогостоящие материалы, поскольку результат будет зависеть не столько от их, сколько от тщательности и аккуратности сборки, а также от площади нагрева. Браться за изготовление вакуумных или конденсационных установок нецелесообразно, проще сделать самые доступные и надежные панели. Рассмотрим наиболее популярные и распространенные варианты самостоятельного изготовления солнечных водонагревателей:

Из поликарбоната

Поликарбонат — прозрачный листовой пластик. Для изготовления коллектора нужен сотовый материал, представляющий собой двойной лист, соединенный поперечными полосками. Вся плоскость представляет собой множество каналов, разделенных друг с другом, но имеющих выход наружу с торцовой части.

Из пластиковых бутылок

Коллектор из пластиковых бутылок — один из вариантов самодельного трубчатого водонагревателя. Собственно, бутылки служат только для теплоизоляции, основную функцию выполняют черные пластиковые трубки, торцы которых вставлены в средние патрубки ПВХ тройников. Эти тройники соединяются в одну линию, образуя коллектор, который можно впоследствии увеличивать до любого размера, просто присоединяя дополнительные трубки. У бутылок отрезают дно, одевают их на трубку одну за другой так, чтобы горлышко плотно входило в заднюю част.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация солнечных нагревателей не представляет существенных сложностей. Если система правильно установлена и настроена, то от владельца потребуется лишь поддержание чистоты приемных панелей и целостности соединений. При необходимости надо менять вышедшие из строя узлы и элементы, восстанавливать герметичность трубок и прочих деталей. Никаких специальных рекомендаций не имеется, все действия производятся в соответствии с необходимостью и целесообразностью.

Структура солнечного водонагревателя модели SC58 и SS58
1 – бак для воды;
2 – наружный слой бака;
3 – внутренний слой бака;
4 – вакуумные трубки;
5 – медные тепловые трубки, установленные внутри вакуумной стеклянной трубки;
6 – подпорная рама, материал – сталь окрашенная или сталь нержавеющая;
7 – отражающая пластина – дополнительная опция;
8 – силиконовое антистатическое уплотнение;
9 – предохранительный клапан;
10 – датчик контроллера;
11 – выход горячей воды;
12 – крепеж для установки вакуумных трубок на раме.


Бак для воды
Внешний слой бака солнечного водонагревателя выполнен из нержавеющей стали или окрашенной оцинкованной стали.
Это обеспечивает высокую коррозийную стойкость и длительный срок эксплуатации.
Внутренний слой бака солнечного водонагревателя выполнен из пищевой нержавеющей стали толщиной 1.5 мм.
Между внешним и внутренним слоями бака современный экологически чистый материал — пенополиуретан, обладающий наилучшими характеристиками теплосбережения толщиной 50 мм.



Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости.

Функции гелиоколлектора

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Интенсивность солнечного излучения меняется в зависимости от времени года. В весенне-осенний период для средних широт количество энергии составляет 4-8 кВт*ч/м 2 на 1 м 2 , зимой оно гораздо скромнее — всего 1-3 кВт*ч/м 2 . В южных регионах эти цифры ощутимо увеличиваются — на 20-30%. По этой причине эффективность солнечного оборудования напрямую зависит от региона.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов

Если человек задумался о том, как нагреть воду солнцем, то ему не мешает оценить приобретение (или изделие, которое будет изготавливаться самостоятельно) со всех сторон. Знание всех качеств и слабых сторон даст возможность вынести окончательное решение: быть ему или не быть.

Плюсы

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

К преимуществам солнечных коллекторов можно отнести большой список выгод. Это:

Самым главным подкупающим фактором для многих (если не для всех) является избавление от лишних расходов. Однако на пути к цели могут возникнуть препоны…

Минусы

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Достоинств больше, но недостатки тоже нельзя сбрасывать со счетов. Самое привлекательное качество таких установок — экономия на электроэнергии, самая тревожащая перспектива — недостаточная эффективность.

Разновидности солнечных водонагревателей

Все устройства классифицируют по температуре, которую может обеспечить использование прибора, и по типу конструкции.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Температура нагрева

По температуре воды водонагреватели делятся на:

  1. Низкотемпературные. Эти конструкции могут обеспечить владельцев водой, подогретой до 50°.
  2. Среднетемпературные. Температура на выходе таких гелиоколлекторов составляет около 80°.
  3. Высокотемпературные. Эти установки без труда нагревают жидкость до температуры кипения.

Для тех, кто интересуется, как нагреть воду солнцем, но не приобретать для этих целей дорогое оборудование в магазине, есть другой выход — изготовление устройства своими руками. В этом случае можно обратить внимание только на два вида — на низко- и среднетемпературные приборы. Последние конструкции для домашнего мастера — недостижимая мечта.

Типы устройств

Конструктивно солнечные коллекторы делятся на три вида.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Плоские устройства

Это самая простейшая модель. Она представляет собой плоский короб с теплоизоляцией, внутри него находится контур из труб и светопоглощающая панель с повышенной теплопроводностью — абсорбер. Благодаря этой пластине нагревается вода, циркулирующая по контуру, расположенному над ней. Простота и эффективность таких плоских приборов привлекает домашних умельцев, поэтому подобных моделей разных модификаций придумано великое множество.

Вакуумные термосифонные установки

В конструкции этих приборов используют эффект термоса. В роли нагревательных элементов выступает большое количество двойных стеклянных колб. Внешний их слой изготавливают из ударопрочного материала — закаленного стекла, защищающего оборудование от ветра и града. На внутреннюю трубку наносят специальное напыление, увеличивающее светопоглощение. Пространство между элементами — вакуум, который предотвращает потери тепла. В центре устройств располагают медный тепловой контур, его заполняют фреоном. Именно он нагревает гелиоколлектор.

Гелиоконцентраторы

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Это оборудование похоже на спутниковые антенны, только в нашем случае внутри сферы находится большое количество зеркал. Солнечное излучение фокусируется в одну точку. В фокусе установки размещают спиральный металлический контур, в котором нагревается жидкость. Главное достоинство этих приборов — возможность получения очень горячей воды. Минус — необходимость постоянного ориентирования оборудования по Солнцу. Обязательная система слежения — причина не слишком большой популярности устройства у тех, кто решается на самостоятельное изготовление гелиоколлектора.

Гелиоконцентраторы для изготовления своими руками не подходят, хитрые вакуумные конструкции собрать еще сложнее, поэтому вопрос, как нагреть воду солнцем, но не покупать оборудование, имеет всего один достойный ответ. Он — плоский солнечный водонагреватель, требующий для создания только набор из доступных материалов.

Знакомство с плоским гелиоколлектором

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Самодельная конструкция — плоская деревянная рама, к которой снизу прикреплено дно (стенка). Там размещают абсорбер — светопоглощающую панель. В большинстве случаев в этом качестве выступает лист металла. Его присоединяют к трубчатому коллектору: Чтобы прибор был максимально эффективным, оба элемента соединяют хомутами, сваркой или пайкой, непрерывным швом.

Контур состоит из вертикальных трубок малого диаметра, которые в верхней и нижней части присоединяют к более толстым трубам, служащим для подачи и отбора нагретого теплоносителя. Отверстия для входа/выхода жидкости располагают диагонально. Это способ гарантирует полный отъем тепла. В роли теплоносителя используют незамерзающие растворы: например, антифриз.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Панель-абсорбер покрывают светопоглощающей краской, сверху конструкцию накрывают стеклом или другим прозрачным материалом, сам короб защищают, устраивая качественную теплоизоляцию. Утепленная, полностью герметичная конструкция предотвращает даже минимальные потери тепла. Так как она надежно защищена от попадания осадков, внутри создается эффект термоса.

Принцип работы самодельного устройства довольно прост.

  1. Незамерзающая жидкость, нагретая в гелиоколлекторе, проходит вверх по трубкам, затем попадает в ветку водоотбора и следует в емкость, предназначенную для аккумуляции тепла.
  2. Благодаря теплообменнику, расположенному в качественно утепленном накопительном баке, антифриз при движении по спирали-змеевику отдает тепло воде.
  3. Затем отработанная, охлажденная жидкость снова поступает в нижнюю часть контура водонагревателя, где она впоследствии опять нагревается.
  4. Поднявшуюся к поверхности воду, нагретую в баке антифризом, забирают на нужды горячего водоснабжения.
  5. Ее заменяет вода, поступающая в накопительную емкость из подключенного водопровода.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Движение жидкости обеспечивается за счет разной плотности: у горячей она меньше. Для прибора, работающего нагревателем для отопительной системы, дополнительно требуется циркуляционный насос, маломощный, но достаточно эффективный. В этом случае бак можно располагать в любом месте, даже в подвале. Если обращение теплоносителя естественное, то накопительная емкость обязана находиться выше, чем верхняя часть теплообменника. Постоянное движение антифриза и наличие аккумуляторного бака дает возможность накопить жидкость в светлое время суток, а расходовать ее вечером или ночью.

Из чего можно сделать водонагреватель?

Изделия из меди

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Устройства, сделанные их этого металла (пластины, трубки), гарантируют максимальную теплоотдачу, поэтому используются как для систем горячего водоснабжения, так и для отопления. Серьезных минусов у материала два: это сложность работы и высокая цена медных элементов.

Садовые шланги

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Этот материал, сложенный спиралью, дает возможность получить достаточно большую площадь поверхности, поэтому такие контуры используют для создания солнечного водонагревателя для летнего душа, кухни, небольшого бассейна. Этот шланг должен быть черного цвета, а конструкция обязана иметь накопительную емкость, чтобы мягкому абсорберу не угрожал перегрев.

Различные трубы и фитинги

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Нередко используются металлопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые изделия и детали для их соединения. Этот вариант позволяет придать нагревательным солнечным системам любую конфигурацию и площадь. Установки больших размеров дают шанс рассчитывать на хорошую производительность: их используют для обогрева помещений, для нагревания воды на хозяйственные нужды.

Радиатор старого холодильника

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Плоская батарея отопления

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Лучший вариант — стальной радиатор. В этом случае необходимости в светопоглощающей пластине нет. Сделать такое устройство довольно легко. Мастеру нужно покрыть батарею черной краской и соорудить для нее удобный герметичный короб. Производительность этой конструкции будет достаточно для устройства системы горячего водоснабжения. Если сделать несколько гелиоколлекторов, то такие водонагреватели позволят иметь бесплатную горячую воду даже в морозные солнечные дни. Подобная установка способна обогреть гараж, большую теплицу, любое подсобное помещение.

Как нагреть воду солнцем: самодельное устройство

Самый простой солнечный водонагреватель состоит из корпуса, абсорбера (поглотителя), теплообменника и прозрачного материала — поликарбоната либо стекла. Если установку сделать правильно, то насоса не потребуется. Теплая жидкость будет поступать вверх, вытесняя холодную.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Для работы потребуется раздобыть или приготовить:

  • строганую доску 30-150 мм для рамы;
  • водостойкую фанеру (пластик) для задней стенки;
  • алюминиевую фольгу для отражающей поверхности, альтернатива — лист оцинкованной стали либо меди;
  • радиатор от холодильника (или стальной отопительный прибор);
  • поликарбонат (монолит либо сотовый, толщина 4 мм) или стекло;
  • уплотнитель для поликарбоната;
  • черная краска для металла, кисть (валик);
  • рулонный (листовой) утеплитель: минвата, пенопласт, пенополистирол;
  • труба для теплообменника (нержавейка, пластик либо медь);
  • трубы для соединения с баком (металлопластик, пластик);
  • выпускная и приемная трубы;
  • соединительные муфты;
  • степлер для фиксации;
  • шуруповерт, дрель;
  • саморезы;
  • хомуты;
  • клей.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Все заготовки из дерева предварительно обрабатывают противопожарными пропитками и антисептиками. Поликарбонат покупают тот, что не имеет защитного слоя от ультрафиолета. До изготовления оборудования надо определиться с его размерами. Так как мастер волен выбрать любые, ему и решать. Обычно ширина конструкции составляет от 400 до 800 мм, высота — 30-60 мм, а ее длина — 600-2000 мм. Сама операция состоит из трех этапов: сборки корпуса, подготовки конструкции и монтажа солнечного коллектора.

Корпус гелиоколлектора

Сначала из фанеры вырезают прямоугольник, к которому будут присоединять стенки и начинку устройства.

  1. Доски разрезают на заготовки, которые крепят саморезами к фанере, шаг больше зависит от размеров, обычно он составляет 250-300 м.
  2. Внутри коробки степлером монтируют утеплитель, длина скоб — как минимум 10 мм. Сверху на него укладывают фольгу.
  3. Если используют металлический лист, то его поверхность заранее покрывают черной матовой краской.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

На торец досок коробки наклеивают уплотнитель. После высыхания краски переходят к следующему этапу.

Монтаж коллектора

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

После сборки водонагревателя на лицевую стенку крепят поликарбонат. Чтобы компенсировать тепловое расширение, отверстия под крепеж делают больше его диаметра на миллиметр или полтора. Если используют стекло, то корпус устройства можно законопатить, изолировать уплотнителем или воспользоваться силиконовым герметиком. Когда герметичность не так важна, этот шаг пропускают.

Выбор места

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Только корректная установка способна обеспечить эффективную работу прибора.

  1. Место монтажа (южное направление) на протяжении всего светового дня должно находиться под прямыми солнечными лучами, затемнение недопустимо.
  2. Плоскость гелиоколлектора обязана быть перпендикулярной направлению солнечных лучей. В летний период для определения угла наклона к широте местности прибавляют 15°. В зимний от нее отнимают те же 15°.

Емкость для воды

Чтобы организовать отопление с использованием солнечной энергии, понадобится накопительный бак. В этом качестве можно использовать электрический бойлер, который не работает, газовые баллоны либо бочки, предназначенные для пищевых продуктов. При выборе емкости надо помнить, что сосуд должен выдерживать давление в несколько атмосфер.

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

В емкости делают несколько отверстий: для ввода и забора воды, для входа/выхода теплообменника. Эту спираль чаще изготавливают из надежной нержавеющей стали. Коллектор соединяют с баком. Чтобы избежать потерь тепла, трубы дополнительно изолируют, поэтому максимально короткий путь между элементами системы предпочтителен.

Есть и более простой ответ на вопрос, как нагреть воду солнцем. Хозяева дач чаще используют бочки большого объема. Их красят в черный цвет и устанавливают на крышах зданий. Этот вариант идеально подойдет для душевых кабинок.

Тому, кто задумывается о более серьезной системе, требующей некоторых вложений, может оказаться полезным это видео:

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.


Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

  • Стоимость системы самая низкая из всех альтернативных источников, это обусловлено несложной технологией изготовления и монтажа.
  • Несложный монтаж, который можно сделать даже самому, обладая определенными знаниями и навыками.
  • Легкость в эксплуатации, не нужно никаких особых навыков чтобы следить за ними.
  • Низкая стоимость ремонта, все детали системы недорогие. Нет крупных узлов, требующих замены целиком. Ремонт можно выполнить самостоятельно, предварительно немного изучив устройство.
  • Универсальность. Гелиосистему можно использовать для нагрева воды и отопления, без дополнительных циклов преобразования энергии. Подобрать количество панелей можно исходя их конкретной необходимости.

Немного о недостатках


У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Принцип работы солнечного коллектора


Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

  • сами панели в необходимом количестве согласно расчетов,
  • контроллер управления (включая датчики),
  • насосная группа,
  • накопительная емкость (как правило это бак на 300-3000 литров),
  • монтажные элементы, трубы и фитинги.

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.


Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

  • Эффективность для нагрева воды (гвс) — 50-90%.
  • Эффективность для отопления дома — до 30%.

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

По типу строения


Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые — устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические — в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские


Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.


Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.


Достоинства


Недостатки

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Большой количество теплопотерь через корпус

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные


Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.


Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.


Достоинства


Недостатки

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов


Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

  • Перьевой абсорбер с прямоточным тепловым каналом.
  • Перьевой абсорбер с тепловой трубкой “heat pipe”.
  • U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем.
  • Система с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”.
  • Пятая система это плоские коллекторы.

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

В этой формуле используются следующие значения:

  • η- коэффициент полезного действия коллектора, который мы рассчитываем;
  • η₀- оптический коэффициент полезного действия;
  • k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);
  • k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);
  • ∆Т- разница температур между коллектором и воздухом К;
  • Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные


По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.


Достоинства


Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

  • Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
  • Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
  • Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки — максимум солнечного света.

Подробное видео установки

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Читайте также: