Солнечный коллектор это водонагреватель
Обновлено: 17.05.2024
Основная часть расходов на содержание дома приходится на отопление и горячее водоснабжение. Любая возможность сократить эти вложения рассматривается владельцами с большим интересом, а самым оптимальным вариантом становится переход на полностью автономную, независимую систему обогрева и ГВС. С появлением солнечных коллекторов такой вариант стал вполне возможным и доступным.
Солнечные коллекторы для отопления дома
Солнечные коллекторы внешне очень похожи на солнечные панели (или солнечные батареи). Они выглядят как черные прямоугольные пластины, уложенные на скатах кровли дома. Внешнее сходство обманчиво, коллекторы и панели объединяет только использование энергии солнца.
Если панели используют фотоэлектрический принцип выработки тока, то коллекторы являются модификацией теплиц, производящих нагрев теплоносителя (воды) для подачи в систему отопления и обеспечения горячего водоснабжения дома. Кроме панелей систему образуют и другие элементы.
Общий состав такой:
- солнечные коллекторы
- аккумулирующая емкость. Проще говоря, это бак с водой, в который поступает нагретая вода, а из нижней части вводится охлажденная для подачи в коллекторы
- обменный контур. Передает нагретый носитель от коллекторов к аккумулятору
Указанный состав системы включает только наиболее важные элементы, на практике используются различные дополнительные устройства, стабилизирующие и улучшающие работу комплекса.
Горячее водоснабжение и отопление от солнечного коллектора
Конструкция солнечного коллектора состоит их пластины черного цвета, установленной под стеклянную (чаще используется поликарбонат) крышку. Под пластинами расположены трубопроводы, по которым циркулирует вода. Поверхность черной пластины нагревается солнцем, после чего тепловая энергия передается воде. Нагретая вода циркулирует по системе, используя принцип теплового изменения плотности жидкостей, при котором более теплые потоки имеют меньшую плотность и выталкиваются вверх.
Для обеспечения более устойчивой циркуляции, не зависящей от внешних факторов, в системах обычно используется циркуляционный насос. Нагрев воды в системе ГВС производится в теплообменнике. Таким образом, горячая вода в доме не проходит через систему циркуляции солнечного коллектора. Для подачи в систему отопления нагретая вода может подаваться напрямую из аккумулятора, который при этом играет роль расширительного бака.
Эффективность работы
Типы солнечных коллекторов
Наиболее распространенный вариант для организации системы отопления дома. Конструкция коллектора состоит из прозрачного кожуха из ребристого поликарбоната, под которым находится абсорбирующий слой. Он принимает тепловую энергию солнца и передает ее теплоносителю, циркулирующему по системе труб, плотно примыкающей к нему. Вариант самый дешевый, но потери тепла на нем выше, чем на других видах коллекторов. Кроме того, плоские конструкции имеют большую площадь, увеличивающую ветровые нагрузки на опорные конструкции.
Вакуумный
Вакуумные коллекторы представляют собой систему двойных трубок, расположенных одна внутри другой. По внутренним трубопроводам с наименьшим диаметром циркулирует вода, а внешние трубки служат вакуумными теплоизоляторами (по принципу термоса). В режиме ограничения отбора тепла такие коллекторы способны поднимать температуру носителя до 250-300°С, хотя на практике таких показателей добиться можно только в некоторых регионах планеты и при соответствующих условиях. Тем не менее, вакуумные устройства способны нагревать воду до кипения даже в холодное время года при минусовых температурах. Недостатками вакуумных систем считаются неспособность к самоочистке от снега, требовательность к углу установки и высокая цена.
Воздушный
Теплоносителем в таких устройствах служит воздух. Он нагревается от солнечного тепла, подается в систему воздушного отопления дома и выводится наружу системами вытяжной вентиляции. Для экономии тепловой энергии используется рекуперация, т.е. частичное использование тепла выводимого воздушного потока в теплообменниках или методом подмешивания отработанного теплого воздуха в свежий приточный поток.
Устройство воздушного коллектора представляет собой плоскую камеру большой площади с прозрачной защитной стенкой. Солнечные лучи, проникая сквозь нее, нагревают пластину со слоев абсорбера, которая передает тепловую энергию потоку воздуха, проходящего сквозь коллектор. Возможна как естественная, так и принудительная циркуляция, позволяющая стабилизировать работу системы и получить равномерный и управляемый результат. Разница между температурой входящего и выходящего воздуха может составлять около 50°С, в зависимости от внешних условий.
Критерии выбора
На выбор солнечных коллекторов главным образом влияют два фактора:
- рабочие показатели устройства
- цена коллектора
Соотношение этих факторов определяет, подходит данный образец для условий и нужд пользователя, или нет. Проще всего подсчитать потребности семьи (2-4 кВт тепловой энергии на человека ежедневно) и сравнить полученное значение с производительностью коллектора. После этого останется лишь подобрать наиболее подходящие по рабочим характеристиками устройства. Рекомендуется предварительно узнать нормы инсоляции для данного региона, чтобы иметь возможность скорректировать паспортные данные применительно к собственным условиям.
Обзор 5 популярных моделей и цены на комплекты
Наиболее популярны плоские коллекторы. Причина этого кроется в относительно низких ценах, хотя и такие системы обходятся в немалые суммы. Рассмотрим некоторые варианты.
Предназначена для отопления и обогрева маленьких (до 50 м2) домов, или для горячего водоснабжения более крупных помещений. Состоит из 1 солнечного коллектора, бака на 250 л (объем бака выбран с запасом на случай ночного времени или плохой погоды). Тепловая мощность составляет 2 кВт, цена комплекта — 160 тыс. руб.
Вакуумный солнечный коллектор СВК-40
Вакуумный солнечный коллектор СВК-40 обойдется в 90 000 рублей. Он предназначен для двухконтурной системы с принудительной циркуляцией и способен обеспечить теплом и горячей водой дом средних размеров. Дополнительное оборудование можно приобрести или изготовить самостоятельно, сэкономив деньги.
Приведенные примеры выбраны намеренно из разных типов и комплектов, чтобы предоставить максимально разнообразную информацию о стоимости и составе предлагаемого оборудования. Существуют более крупные системы, можно найти совсем небольшие коллекторы, но в среднем используются устройства такого уровня.
Солнечный коллектор для подогрева воды
Схемы подключения солнечного водяного коллектора
Летний вариант используется, в основном, на дачных участках или в частных домах при сезонном отключении сетевого горячего водоснабжения. Схема простая, к солнечному коллектору подключается бак, расположенный выше уровнем. Подача нагретой воды производится естественным образом, за счет естественной циркуляции, или при помощи вспомогательного оборудования (насоса). Верхний патрубок коллектора (выпускной) является питающим для бака, нижний патрубок принимает охлажденную воду для подогрева. Из бака горячая вода подается на приборы потребления (душ, смесители и т.п.) с подмешиванием холодной воды или без него, если в этом нет необходимости.
Способ прост, но имеет некоторые недостатки. Малая инерционность системы снижает эффективность работы. Для увеличения функционала бак следует утеплить, чтобы горячая вода сохраняла температуру после захода солнца.
Зимняя схема предусматривает нагрев воды в баке косвенным образом. По сути, создается теплообменник, в котором горячая вода из коллектора циркулирует по замкнутой схеме, не смешиваясь с водой в баке. Внутри емкости расположен змеевик, нагревающий воду при прохождении горячего потока. Циркуляционный насос обеспечивает постоянное движение теплоносителя (рекомендуется во избежание замерзания использовать антифриз). В обязательном порядке в контур должен быть установлен расширительный бак. При такой схеме особых требований к расположению бака относительно коллектора нет, но змеевик в емкости следует устанавливать в нижней части, чтобы активно прогревался весь объем воды.
Солнечный коллектор своими руками
Материалы для изготовления
Для изготовления простой конструкции понадобятся:
- доски толщиной 30 мм и шириной 120 мм (для создания короба)
- лист фанеры, утеплитель, оцинкованная сталь (днище короба)
- 2 дюймовых трубы длиной 700 мм и 15 полудюймовых по 1600 мм. В дюймовых трубах необходимо просверлить соосные отверстия во одной линии, чтобы присоединить полудюймовые отрезки
- хомуты или металлические полоски для монтажа труб к днищу короба
- черная и белая краска для внутренних и наружных элементов коллектора
- лист стекла (оптимально — монолитного поликарбоната) для изготовления прозрачной крышки
- герметик для крышки и всех частей корпуса коллектора
- шурупы, гвозди, клей для короба
- сварочный аппарат, газовый или электрический
- линейка, рулетка
- электродрель, молоток, пассатижи, отвертка
Во время работы могут пригодиться и другие инструменты, перечислены только самые необходимые материалы и приспособления.
Монтаж батареи
Трубы свариваются между собой. По размерам собирается короб, днище которого тщательно утепляется и покрывается слоем оцинковки. Трубы укладываются на нее, тщательно прикрепляются с помощью хомутов или металлических полосок. Все внутренние элементы — стенки, днище, трубки — окрашиваются в черный цвет. Затем укладывается прозрачный лист поликарбоната или стекла и тщательно герметизируется, чтобы не было доступа наружного воздуха внутрь корпуса. Внешние части (кроме стекла) окрашиваются в белый цвет.
Все элементы собираются между собой. Присоединения производятся на сварку, или на соответствующие фитинги, имеющие собственные способы монтажа. Расположение коллектора в обязательном порядке выбирается таким образом, чтобы в период максимального падения солнечной энергии он находился повернут лицевой (фронтальной) плоскостью к солнцу под прямым углом.
Важно! В течение года положение коллектора требует регулировки, поэтому следует предусмотреть такую возможность.
Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок
Если на полудюймовые трубки натянуть прозрачные пластиковые бутылки, эффективность нагрева заметно увеличится. Необходимо подобрать нужное количество бутылок, просверлить днища, снять крышки и одну за другой надеть на трубки. Они будут работать как термосы, создавая дополнительную отсечку от внешнего пространства и обеспечивая парниковый эффект в небольшом объеме. Как вариант, используют не стальные, а пластиковые трубы для полива, обязательно черного цвета. Этот способ позволит обойтись без сварки, а вода, циркулируя по шлангу, успеет хорошо прогреться и получить достаточно высокую температуру.
Монтаж солнечного коллектора
Оптимальным местом для установки системы является солнечная сторона дома. Коллектор устанавливается на основание, желательно как можно ближе к стенам дома. Накопительная емкость располагается внутри, за стеной, соединительные трубопроводы проводятся сквозь отверстия в стене. Сложность заключается в необходимости обеспечить правильные перепады высот и расстояния между узлами системы, чтобы исключить потери тепловой энергии при перемещении потоков. Если все величины удается обеспечить, то работа системы станет наиболее эффективной. Вода в накопительной емкости не будет остывать так быстро, как на улице, для чего можно ее дополнительно утеплить. Для разводки труб внутри дома понадобится меньшее количество трубопроводов, потери тепла снизятся до минимума.
Менее удачный вариант — установка накопительной емкости на улице. При этом температура воды будет быстро падать, снижая эффективность системы. Такой способ можно рассматривать только как временный, рассчитанный на пользование до тех пор, когда завершится монтаж системы, расположенной внутри дома.
Солнечные коллекторы для нагрева воды стали популярными относительно недавно и за это время зарекомендовали себя как проверенные прогрессивные устройства, используемые в быту. Рациональный подход к их выбору и обустройству – основа успешной эксплуатации изделий.
Солнечные коллекторы для нагрева воды, расположенные на крыше дома
Солнечные коллекторы – самый экологичный способ получения энергии
Частный дом в современном стиле с солнечными коллекторами
Солнечные коллекторы для нагрева воды – перспективная разновидность оборудования нагревательного типа , поэтому в современных реалиях внедрение подобного решения является оптимальным выходом из любой ситуации. В доступности этого вида оборудованной техники нуждаются многие современные семьи – владельцы частного жилья , собственники предприятий, потому что приобретение системы станет качественно выгодным и оптимальным капитальным вложением на перспективу.
Особенности современных систем для водного нагрева
Накопительные устройства в рамках применяемых техник являются наиболее популярными. Их ключевые особенности состоят в присутствии специального бака в области возвышения, то есть на площади крыши определенной постройки. В него поступает водный ресурс, а затем на протяжении дневного периода осуществляется его прогрев до определенного температурного показателя в +40 °С, после чего есть смысл использования жидкости для создания бытовых дел.
Принцип работы солнечного коллектора для нагрева воды
Схема теплового баланса солнечного коллектора
Вода, которая успела разогреться, подается в область места назначения посредством самостоятельного течения за счет высотного перепада, образованного естественным образом. Накопительная технология традиционно используется в случае обустройства душа летнего типа , а если эта система подвергнется доработке, есть все шансы на ее эксплуатацию в летней душевой. Солнечные устройства-коллекторы функционируют по такой схеме, что при нагреве изменяется плотность, в итоге жидкость поднимается вверх и выталкивает холодную воду. Применив этот принцип, можно избавиться от необходимости использования дополнительного обеспечения насосного типа.
Возможные места установки солнечных коллекторов
Приобретение солнечного коллектора для нагрева воды может стать для вас наиболее оптимальным решением. Он имеет простую конструкцию, которая включает в себя целый набор элементов:
- Тепловой поглотитель. Традиционно данная составляющая окрашена в темный цвет, как и основание всей конструкции.
- Баковое устройство для хранения и функционирования теплоносителя без особых препятствий.
- Змеевики, способствующие естественной водной циркуляции в работе данной системы.
- Теплообменное устройство, выступающее в качестве основного элемента всей системы, применяющееся для передачи тепла всей рабочей жидкости.
Строение солнечного коллектора для нагрева воды
Итак, в ходе нагревательного процесса жидкость поднимается по трубам и затем поступает в резервуар, откуда хозяева и добывают подогретую воду.
| Модель | Характеристики | Дизайн |
|---|---|---|
| Плоский солнечный коллектор SELECT PK 2,7 40 388 руб. Купить | Тип стекла: Призматическое закаленное стекло термо Durasolar P+; Трубки абсорбера, шт: 10; Общая площадь, м 2 : 2.7; Объем теплоносителя, л: 2; Материал рамы: Алюминий с покрытием; Материал абсорбера: Медь; Покрытие абсорбера: Селективное покрытие; Температура стагнации, °C: 200; Мах рабочее давление, бар: 6 |  |
| Трубчатый вакуумный солнечный коллектор auroTHERM exclusiv VTK 1140 / 2 78 185 руб. Купить | Количество вакуумных трубок, шт: 12; Общая площадь, м 2 : 2.3; Объем теплоносителя, л: 1.8; Материал трубки: Боросиликатное закаленное стекло; Мах рабочая температура, °С: 180; Мах рабочее давление, бар: 10 |  |
| Вакуумный солнечный коллектор VTC 30 76 765 руб. Купить | Количество вакуумных трубок, шт: 30; Общая площадь, м 2 : 4.55; Объем теплоносителя, л: 1.82; Материал трубки: Боросиликатное закаленное стекло; Мах рабочая температура, °С: 180; Мах рабочее давление, бар: 12 |  |
| Коллектор солнечный Azuro Supreme 1,19x0,76 м 8 564 руб. Купить | Солнечный коллектор Azuro Supreme от чешского производителя Mountfield для бассейна; Поверхность: 0.94 м 2 ; Рабочие характеристики: Объем бассейна - 15 м 3 ; Особенности: Две опорные ножки, простая установка, современный дизайн, экономичный и эффективный нагрев, подходит для всех видов каркасных и сборных бассейнов, более высокая производительность за счет парникового эффекта |  |
| Плоский солнечный коллектор Huch EnTEC FKFH-240-V Al/Cu 52 469 руб. Купить | Производитель: Huch EnTEC; Страна: Германия; Площадь, м 2 : 2.2; Теплоизоляция: Минеральная вата; Рабочее давление, bar: 6; Каркас: Алюминиевый профиль; Задняя панель: Алюминиевый профиль; Стекло: Солнечное ESG; Температура стагнации, °С: 210; Ширина, мм: 2100; Высота, мм: 1200; Глубина, мм: 85; Вес, кг: 38 |  |
| Коллектор солнечный Azuro Shelter 1,2х1х0,9 м 10 080 руб. Купить | Система солнечного отопления (солнечная панель) Little House от Mountfield для бассейна; Поверхность: 1.84 м 2 ; Ширина: 100 см; Высота: 90 см; Длина: 120 см; Рабочие характеристики: Объем бассейна - 15 м 3 |  |
| Коллектор солнечный Kokido Keops 12 878 руб. Купить | Солнечный нагреватель Keops от производителя Kokido для бассейна; Объем бассейна: 10 м 3 ; Ширина: 57 см; Высота: 32 см; Длина: 57 см; Экономичный нагрев воды; Подходит для бассейнов объемом до 10000 л |  |
| Солнечный водонагреватель SAPUN CPS-100 31 500 руб. Купить | Номинальное рабочее давление: 3-6 bar; Максимальное рабочее давление: 7 bar; Номинальная температура: 45-70 °С; Максимальная температура: 90 °С; Материал корпуса: Окрашеная сталь |  |
| Солнечный коллектор водоснабжение всесeзонный 22 980 руб. Купить | Мощность: 1,5 кВт при температуре 20 °С и интенсивности излучения 900 Вт/м 2 ; Габариты: 1093х2008х76,7 мм; Площадь поглощения: 2,06 м 2 ; Вес AL: 32 кг; Объём каналов: 1,4 литра; Соединительные патрубки: 4 шт. винт/гайка G 3/4 с плоскими прокладками; Прозрачная изоляция: стекло закаленное 3,2 мм с антибликовым покрытием; Алюминиевый абсорбер |  |
| Солнечный коллектор Vaillant aurostep/4 2.250 HT 287 000 руб. Купить | Страна производства: Словакия; Максимальное рабочее давление: 1 бар; Площадь: 1.6 м 2 ; Объем коллектора: 150 л; Температура стагнации: 60 °C; Ширина: 608 мм; Высота: 1084 мм; Глубина: 774 мм |  |
Разновидности коллекторных устройств
В зависимости от конструктивной разновидности изделия делятся на несколько видов:
- Плоские – в качестве поглотителя энергии солнца выступает алюминиевая пластина или медный элемент, поскольку данные материалы – оптимальные тепловые проводники. Пластинный компонент в обязательном порядке подлежит обработке специальным покрытием, которое обеспечивает тепловое поглощение. Крепление данного типа моделей может осуществляться в удобном месте, то есть на крыше , в области фасада , стены. Это универсальные модели, которые используются и для отопления , и для водного нагрева.
Плоский солнечный коллектор на крыше частного дома
- Вакуумные модельные элементы подразумевают в качестве основного компонента применение трубной системы – змеевика. Получается, что в верхней части происходит соединение нескольких отдельных трубчатых частей, в ходе чего формируется отдельная панель. Работает это устройство по принципу термоса. Этот модельный ряд оснащен прямоточным механизмом, по которому осуществляется циркуляция, а также изделиями с трубами тепловой разновидности.
Сезонный вакуумный солнечный коллектор
Наиболее распространенные модели всесезонных солнечных коллекторов с вакуумными трубками:
| Количество трубок | Характеристики | Розничная цена, у.е. |
|---|---|---|
| 10 | Рабочая температура: -30. +180°С Рабочее давление: 6 бар Производительность по горячей воде зима/лето: 30-100 л/день | 342. 600 |
| 15 | Рабочая температура: -30. +180°С Рабочее давление: 6 бар Производительность по горячей воде зима/лето: 50-150 л/день | 420. 700 |
| 20 | Рабочая температура: -30. +180°С Рабочее давление: 6 бар Производительность по горячей воде зима/лето: 70-200 л/день | 585. 900 |
| 30 | Рабочая температура: -30. +180°С Рабочее давление: 6 бар Производительность по горячей воде зима/лето: 100-300 л/день | 883. 1200 |
Солнечный коллектор для нагрева воды можно сделать своими руками, и это решение позволит сэкономить деньги, но отнимет определенное количество времени.
Строение плоского и вакуумного солнечных коллекторов
Преимущества и недостатки подобного вида изделий
Вакуумные модели
Этот ряд оснащен определенным количеством преимуществ, на которые стоит обязательно обратить внимание:
Солнечные коллекторы для нагрева воды в наше время стали очень перспективным оборудованием. В частном секторе внедрение подобных систем часто даёт существенную экономию при оплате услуг ЖКХ. Такие солнечные водонагреватели могут служить в роли экономного и эффективного отопительного оборудования. Поэтому они могут заинтересовать не только владельцев домов в частном секторе, но и владельцев небольших предприятий малого бизнеса. Например, небольших домов отдыха или гостиниц. Ведь солнце является неиссякаемым и бесплатным источником тепла и электроэнергии. Покупка солнечных коллекторов и использование их для нагрева воды является экономически оправданной и имеет положительные отзывы. Сегодня мы поговорим о солнечных коллекторах для нагрева воды, их особенностях и эффективности.
Виды солнечных коллекторов для нагрева воды
В основу функционирования солнечных коллекторов для нагрева воды положены физические закономерности, которые мы все проходили ещё в школе. В частности, жидкость меньшей плотности вытесняется той, что имеет большую плотность. Этот принцип лежит в основе всех стандартных систем водяного отопления. В них вода с низкой температурой, имеющая более высокую плотность, является движущей силой для горячей воды. Отличие от традиционных систем только в том, что в обычном обогревательном котле применяются электричество, газ, дизель и т. п. А в солнечных водонагревателях применяется альтернативный источник энергии – солнце.
Солнечный коллектор для нагрева воды
Солнечные водонагреватели можно классифицировать по различным параметрам. В частности, по температуре нагрева пластины, их можно подразделить на:
- Низкотемпературные. У низкотемпературных нагревателей мощность небольшая и воду они нагревают до 500 градусов Цельсия. Именно этот тип нагревателей применяется в частных хозяйствах;
- Среднетемпературные. Нагревают воду до 800 градусов по Цельсию. Применяются для обогрева многоквартирных домов;
- Высокотемпературные. Используются для нагрева воды на промышленных предприятиях.
Также можно подразделить солнечные коллекторы для нагрева воды по их конструкции. Существуют следующие виды.
Плоские
Здесь в роли поглотителя солнечной энергии выступает алюминиевая или медная пластина. Выбор этих материалов объясняется их высокой теплопроводностью. На рабочую пластину наносят специальное покрытие, которое обеспечивает максимальный сбор тепловой энергии солнечного света. Кроме того, покрытие предотвращает отражение световых лучей от пластины. Сверху конструкцию накрывают гелиостеклом.
Плоский солнечный коллектор
Плоские солнечные коллекторы можно закрепить в любом месте строения. На стенах, фасаде, крыше. Для этого подходит любая плоскость, выходящая на юг. Такие модели успешно применяются для отопления помещения и нагрева воды. Площадь самой панели около двух квадратных метров. Для увеличения мощности такие панели часто объединяют в одну.
Вернуться к содержанию
Вакуумные
Конструкция вакуумных водонагревателей предусматривает систему из трубок. В верхней части таких коллекторов есть единая панель из таких трубок. Принцип действия таких водонагревателей подобен термосу. Медная трубка вложена в стеклянную трубку, а между ними создан вакуум, который является идеальной теплоизоляцией.
Вакуумный солнечный коллектор
Внешняя трубка выполнена из гелиостекла. В ней находится медная трубка с теплоносителем. Вакуум в такой системе обеспечивает снижение потерь тепла в 2,5 раза по сравнению с плоскими коллекторами. Эффективность подобных водонагревателей напрямую зависит от герметичности элементов. Вакуумные трубки без проблем могут использоваться в мороз при условии, что система будет функционировать постоянно.
Есть следующие разновидности вакуумных коллекторов:
Особенности конструкции и установки солнечных коллекторов
Наиболее распространённый вид солнечных коллекторов на сегодняшний день – это накопительный бак. Это самый простой водонагреватель. Специальный бак размещают на крыше какого-нибудь строения. Чаще всего это бывает летний душ на дачном участке. Вода в баке на протяжении светового дня греется и далее можно принимать душ. Температура воды в таком баке может доходить до 40 градусов Цельсия.
Летний душ на даче
Вода в этом случае выходит из бака самотёком благодаря тому, что имеется естественный перепад высоты. Такие системы используются в основном для летних душей, но при желании их можно доработать для горячего водоснабжения дома.
Функционирование солнечных водонагревателей основано на разнице плотности води воды при различной температуре. Нагретая жидкость выталкивается вверх более плотной холодной водой, которая затем нагревается, и так далее. В таких простых системах вода может двигаться самотёком. Однако в большинстве систем ГВС используются насосы для принудительной циркуляции воды.
Чтобы водонагреватель было удобнее использовать и обслуживать, специалисты рекомендуют выполнять следующие моменты:
- Чтобы было удобно стравливать воздух, в нижней части теплообменника нужно сделать дренажные вентили;
- Обязательно нужно сделать качественную и надёжную теплоизоляцию трубопровода, по которому циркулирует нагретая жидкость. Теплоизолировать трубы можно с помощью различных современных материалов;
- Для повышения производительности коллекторов, их можно объединять в одну систему;
- В системе должен быть вентиль, прекращающий циркуляцию теплоносителя. Он потребуется для прекращения циркуляции, если температура сильно понизилась;
- Для получения воды, необходимой температуры, используются смесители.
Солнечный водонагреватель своими руками
Солнечный водонагреватель является только одним узлом (хотя и самым важным) в системы обогрева или ГВС дома. Для нормальной работы требуется накопитель тепла. Это изолированный бак, который накапливает и хранит нагретую воду (или другой теплоноситель) продолжительное время. Обычно нагрев теплоносителя в подобных системах происходит посредством естественной циркуляции благодаря разнице температур. При этом вода проходит через коллектор, где нагревается, и постепенно вытесняется оттуда холодной водой. То есть, для успешной работы такого водонагревателя потребуется правильное подключение накопителя тепла, с коллектором и необходимыми трубопроводами. Давайте, рассмотрим некоторые неоднозначные моменты при создании такой системы своими руками.
Солнечный водонагреватель своими руками
Для успешной работы самотёком без использования насоса нужно утеплённый накопитель поставить на одинаковом уровне с коллектором. При использовании старого водонагревателя нужно провести небольшую модификацию. Требуется врезать патрубки сверху и снизу бачка. Тогда нагретая вода будет беспрепятственно подниматься в верхнюю часть. Резервуар нужно делать размером, сопоставимым с габаритами водонагревателя.
Перед сборкой солнечного водонагревателя стоит также обдумать ещё один важный момент. А именно, подключение коллектора к водопроводу. Напорный водопровод в этом случае необходим. Простым вариантом является всё тот же бак на крыше, откуда вода идёт в душ или в умывальник. В таком упрощённом виде коллектор (бак) подключается к водопроводу так, чтобы приток холодной воды был снизу, а нагретая вода отводилась сверху.
Когда строится более сложная система водонагревателя, то используется теплообменник, насос и прочее сопутствующее оборудование. Вода (или теплоноситель) в таких системах циркулирует в одном контуре, а тепло она отдаёт во внутренний контур. Вода из внутреннего контура уже используется в бытовых целях. Эффективность в этом случае выше, поскольку в коллекторе вода лишь подогревается, а в теплообменнике немного остывает.
Теплообменник, который передаёт тепло во внутренний контур, обычно ставится в доме. Как правило, это подвальное помещение, что нарушает естественную циркуляцию. Поэтому прокачивание воды системы осуществляется при помощи насоса. Если система устанавливается в летнем домике, где живут только летом, то лучше делать упрощённую версию, когда накопительная ёмкость ставится на крыше. В такой упрощённой версии можно даже и не утеплять накопительный бак.
Сколько стоят солнечные коллекторы для отопления и их эффективность
Цена солнечного коллектора напрямую зависит от его размера. А размеры, в свою очередь, зависят от габаритов самого дома и необходимости в горячей воде. Перед проектировкой обычно проводится энергетическое обследование дома. После этого вычисляется необходимое число коллекторов, чтобы обеспечить требуемый результат с минимальными затратами.
Эффективность солнечных коллекторов
В среднем, если в год на содержание коллектора тратится до тысячи рублей, то он может выдавать 150─300 литров горячей воды одновременно. Срок эксплуатации такого водонагревателя около 10─15 лет. Для сравнения, электрический котёл требует на содержание в год примерно 2─6 тысяч руб. При этом он выдаёт от 60 до 120 литров горячей воды. И срок службы составляет около 8 лет.
Коллекторы, использующие солнечную энергию, эффективны и в целях отопления. Хорошо показывают себя комбинированные системы, совмещающие солнечную и электрическую энергию. При этом после окупаемости оборудования вы будете экономить на тарифах за ГВС и отопление. Среднестатистический вакуумный коллектор может в течение летнего сезона выработать 2200 кВт/ч. Эта тепловая энергия эквивалентна теплу, которое выделяется при сжигании 200 литров дизтоплива или 4 центнеров каменного угля. Плюс заключается в том, что солнечную энергию не нужно покупать и транспортировать к месту использования.
Цена небольших солнечных водонагревателей для использования летом с накопительной ёмкостью до 300 литров стоят около 50 тысяч руб. Круглогодичные вакуумные коллекторы с накопительной ёмкостью около 500 литров стоят около 350 тысяч. Плоские модели солнечных коллекторов, конечно, дешевле. Система для отопления дома площадью сто квадратных метров с 4 коллекторами (по 6 кВт) и накопителем до 300 литров будет стоить примерно 150 тысяч руб. Если к этому добавляются тёплые полы, то стоимость выходит на уровень 200─250 тысяч.
Опрос
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье, а также ваш опыт использования солнечных водонагревателей, оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
Солнечная энергия одно из направлений альтернативной энергетики, развитие которой обусловлено сохранением экологии окружающей среды, ее неограниченным запасом и отсутствием необходимости платить за ее использование. К одним из таких устройств принадлежат солнечные коллекторы, способные эффективно поглощать солнечный свет и передавать его энергию теплоносителю, который обеспечивает человека горячей водой и теплом.
Как работает устройство
Принцип работ солнечного коллектора отличается от других теплогенерирующих установок цикличностью работы. В ночное время из-за отсутствия солнца солнечные коллекторы не выполняют свои функции. В зимнее время световой день сокращается, а в пасмурную погоду солнечный свет сильно рассеивается. Поэтому теплоизоляция конструкции должна обеспечивать минимальную отдачу накопленного ранее тепла.
Основным элементом устройства является адсорбер, выполненный, как один из вариантов, в виде металлической пластины с высокими теплопроводными свойствами, к которой прилегает трубчатый теплообменник. Пластина вместе с трубками поглощает солнечную энергию и нагревает находящийся внутри теплообменника теплоноситель (воду, антифриз, масло и другие). Для повышения степени поглощения, поверхность пластины покрывается специальным материалом черного цвета (черный хром, черная краска, черная ПВХ пленка и другие).
Варианты конструктивного исполнения
Различают основные два типа конструкций:
- плоский солнечный коллектор;
- более сложное устройство с применением теплового барьера в виде вакуума, который по этой причине и называется вакуумным.
Образец конструкции плоского коллектора представлен на изображении:
В качестве утеплителя используется обычно минеральная вата. В зимних условиях, когда градиент температур наружного воздуха и внутреннего пространства коллектора достигает значительной величины, такая теплоизоляция не спасает от больших непроизводительных потерь тепла.
Для того, чтобы солнечный коллектор эффективно работал и в любых условиях применяют вакуумный солнечный коллектор. Конструктивным элементом, отличающим от других видов теплогенераторов, являются стеклянные трубки с воссозданным внутри их вакуумным пространством. Трубки объединяются в единую конструкцию с помощью специальных соединительных устройств и представляют собой вакуумный солнечный коллектор, вариант которого на изображении:
Принцип работы коллектора с тепловыми трубками, работающими по технологии heat pipe:
В технологии heat pipe трубка заполняется легкоиспаряющимся веществом, которое в условиях закрытой трубы, при нагревании нижней части испаряясь, поднимается вверх. В верхней части располагается теплообменник, в котором вещество трубки конденсируется, отдавая тепло, например, если вы решили установить солнечный водонагреватель, то воде все тепло передастся воде.
Альтернативой технологии heat pipe по типу передачи тепла в вакуумных трубках широко используется прямоточный U-образный тепловой канал. В корпусе с вакуумным пространством монтируется изогнутая медная трубка, концы которой имеют раздельное подключение к системам теплообменника, отвечающим за холодный и горячий потоки.
Такая трубка имеет высокую производительность в передачи тепла, однако заменить одну неисправную трубку такая конструкция не позволит. Придется менять весь блок вместе с приемным теплообменником.
Рекомендации по установке гелиоустановок
Чем больше света попадает на солнечный коллектор, тем эффективнее его работа. Следовательно, устанавливать его надо в местах, где максимально долго отсутствует тень от окружающих предметов (строений, деревьев и других препятствий солнечному свету).
Ориентация приемной плоскости коллектора зависит от географической широты. В северном полушарии, где находится Россия, наибольшую часть времени солнце светит с южной стороны. Поэтому приемник света коллектора должен быть направлен строго в южном направлении. В силу объективных технических причин возможны отклонения на юго-запад или юго-восток.
Необходимо правильно установить угол наклона гелиоустановки. Он зависит от географического положения местности, так как от широты изменяется отклонение положения солнца от зенита. Следует выбрать такой угол наклона, при котором будет отражаться минимальное количество света от защитного стекла коллектора.
Особенности сборки систем с применением солнечного коллектора
В проектировании автономных систем для горячего водоснабжения и отопления на базе солнечных коллекторов следует всегда предусматривать наличие накопительного бака, который будет выступать в качестве аккумулятора тепловой энергии. Это связано с неравномерным как поступлением энергии, так и ее расходом.
Существуют следующие проверенные на практике схемы подключения в систему солнечного коллектора.
Важно: уровень высоты бака не должен превышать одного метра. Находит применение для организации солнечного водонагревателя для небольших дач, бань и душевых.
- Схема для отопления дома с участием солнечного коллектора. Интенсивность солнечного излучения зависит от географической широты. На северных широтах России его может быть недостаточно для обогрева помещения в зимних условиях. Наиболее эффективна его работа будет в паре с традиционным источником тепла, работающего на твердом топливе или газе. В представленной ниже схеме отопительный котел обозначен за номером 12.
- Схема использования гелиоустановки для одновременного снабжения дома горячим водоснабжением и отоплением.Отличительной особенностью этой схемы является наличие дополнительной накопительной емкости. Ее необходимость вызвана разделением питьевой воды и технической, поступающей исключительно в систему отопления.
-
.Солнечный коллектор позволяет поддерживать оптимальную температуру в бассейне в течение всего времени суток.
Рекомендуем также изучить вакуумный солнечный коллектор, возможно он лучше подойдет под ваши задачи.
Оснащение систем работающих с солнечными коллекторами автоматикой
Специфика работы гелиоустановок, постоянно меняющиеся исходные данные (время года, погодные условия и так далее) не обеспечивают стабильности параметров (температура, расход теплоносителей и других), что требует включению в схему установки управляющих систем.
Электронные устройства типа контроллера на основании анализа температуры в определенных местах схемы установки дают команды на открытие/закрытие клапанов, включают/выключают насосные установки для выбора оптимального движения теплоносителя по контуру. Так, например, при превышении температуры воды в накопительном баке теплоносителя, контроллер остановит его движение по контуру, прекратив потери тепла, которое могло бы сбрасываться в окружающую среду через коллектор.
Преимущества и недостатки солнечных коллекторов
Основные преимущества солнечных водонагревателей:
- использование неиссякаемого и абсолютно бесплатного источника энергии;
- уменьшается расход традиционных источников энергии — газа, нефти, угля;
- возможность работы круглый год;
- можно легко уменьшать или наращивать тепло, убирая/дополняя количество секций;
- изменение цен на энергоносители не оказывают влияние на функционирование гелиоустановок;
- надежная работа, удобная эксплуатация на протяжении длительного времени.
- стоимость собственно солнечного коллектора и его установки вместе с обвязкой со всеми дополняющими элементами обойдется в немаленькую сумму — это достаточно дорогое удовольствие:
- обеспечить эффективную автономную работу солнечного коллектора удается далеко не всегда из-за непостоянного присутствия солнца на небосклоне, поэтому применение одного лишь коллектора без дополнительных источников энергии, не обеспечивает потребностей человека в тепловой энергии.
Изготовление солнечного коллектора своими руками
Одним из недостатков гелиоколлекторов промышленного производства считается их высокая стоимость. Действительно далеко не каждый имеет свободные средства, чтобы отдать их за наличие горячей воды у себя на даче. Вариант солнечного водонагревателя можно решить, изготовив его своими руками. Характеристики такого водонагревателя будут сильно уступать заводскому, но для того чтобы в условиях дачи умыться и помыть посуду, температуры и расхода воды вполне хватит.
Для изготовления солнечного коллектора своими руками подбираются материалы, которые лежат без дела в подсобном помещении или, в крайнем случае, их можно дешево купить в обычном хозяйственном магазине. Выигрыш в расходах по сравнению с покупкой промышленного образца весьма ощутимый.
Для самостоятельного изготовления в качестве прототипа берется плоский солнечный коллектор. Вакуумный коллектор частным порядком изготовить практически невозможно. Основной задачей в изготовлении самодельного солнечного коллектора будет подбор подходящих материалов для адсорбера — главного конструктивного узла, отвечающего за работоспособность устройства. Существуют варианты, где мастера из народа вместо дорогих меди и алюминия применяют дешевые подручные материалы.
- Адсорбер из трубы гофрированной нержавейки.Нержавейка в таком виде легко гнется в любых направлениях, что важно в изготовлении змеевика адсорбера. Высокая теплопроводность и коррозионная стойкость повышают эффективность и срок эксплуатации коллектора с таким адсорбером.
- Адсорбер из пластиковых труб.Материалы из пластика уступают по теплофизическим свойствам меди и алюминию. Однако технологические свойства в изготовлении теплообменников сложных форм и стойкость к коррозии наряду с дешевизной делают этот материал востребованным при изготовлении самодельных водогрейных установок.
- Адсорбер из пивных банок.Емкости для пива и других напитков в виде банок изготавливаются из пищевого алюминия. Материал с хорошими теплопроводными свойствами народные мастера приспособили для теплообменников в солнечных коллекторах. После вскрытия верхних и нижних частей банок, они склеиваются между собой термостойким клеем.
После сборки приемник света из банок окрашивается в черный цвет и может накапливать тепловую энергию в дневное время суток.
Кроме приведенных выше вариантов изготовления солнечных самодельных водогрейных устройств, существует много придуманных народными умельцами конструкций: из пластиковых бутылок, резинового шланга и других.
Существует стойкое мнение, что применение солнечных коллекторов дает зримый эффект лишь в южных районах, где много солнечных дней. Однако если обратить внимание на географию пользователей гелиоустановками, то можно найти положительные отзывы от людей, проживающих недалеко от Москвы, а это далеко не юг. С совершенствованием технологии производства солнечных коллекторов и ростом цен на газ, география их применения будет все больше расширяться, в том числе и на широтах ближе к северу.
Читайте также: