Устройство состоит из двух частей: собственно сам солнечный коллектор и теплообменный аккумулятор . Внутри замкнутой системы циркулирует антифриз(теплоноситель), который нагревается на солнечном свете и отдает свое тепло через специальный теплообменник, вмонтированный в бак с водой. В этом баке вода находится до тех пор, покуда её не используют, затем заливается холодная вода, вместо использованной горячей и циркуляция возобновляется. В баке-аккумуляторе может быть установлен электрический нагревательный элемент для дополнительного подогрева, в случае если вода очень активно используется а также, если небо заволокли тучи. Как правило нет необходимости часто использовать нагрев электричеством.Структура вакуумных труб для нагрева очень похожа на конструкцию обычного термоса: одна труба вставлена в другую, между ними вакуумная полость, которая создает идеальную теплоизоляцию. Из-за цилиндрической формы трубок солнечные лучи постоянно попадают перпендикулярно и передают максимум тепловой энергии. Это позволяет значительно повысить КПД для устройства.

Как вода нагревается зимой?

При отрицательной температуре окружающей среды используются вакуумные коллекторы , которые изолированы от холода окружающей среды и могут нагревать воду до температур 100-160 градусов Цельсия. Вакуумные могут применяться как для нагрева воды так и для отопления дома, что позволяет получить бесплатную чистую энергию.Есть три типа таких коллекторов: с U-образными трубами, с тепловыми трубами и с внутренним теплоносителем. Однако такие солнечные установки реально могут справиться с поддержанием тепла в доме только в переходные сезоны(весна-осень), в лютый мороз все-равно придется использовать дополнительно основное отопление(газ, уголь, теплосеть)

Выгодно ли использовать коллекторы?

Энергия солнца полностью бесплатна (на генераторы есть небольшой налог). Мы получаем нагрев обычной воды до 80 градусов Цельсия в объеме от 200 до 500 литров, в зависимости от типа установки. Солнечный коллектор работает круглый год , даже в пасмурную погоду он нагревает воду(около 15-25% от своей мощности). Нагретая вода в бойлере практически не остывает, этому способствует специальная теплоизоляция. Система может работать совместно с котлом, камином, электронагревателем в автоматическом режиме.

Самое важное:
- коллектор дает энергетическую независимость
- экономию с первых дней запуска системы
- чистая бесконечная энергия(пока не погаснет солнце)

Правильно рассчитанная система даст 100% горячей воды 7 месяцев в году. В остальные месяцы необходимо будет использовать дополнительную энергию

Монтаж солнечного коллектора

Процесс установки включает в себя необходимые расчеты по оптимизации солнечной энергии, которая доступна в данном регионе, эти параметры зависят от ширины, долготы, особенностей климата и условий использования системы.
Самые важные факторы , которые мы можем изменить - это солнечного коллектора и ориентация установки(азимут). При установке коллектора на крышу дома угол наклона будет задан кровлей крыши. Наибольшее количество энергии впитывается под углом в 45 градусов , поэтому необходимо ориентироваться на угол наклона солнца относительно горизонта в вашей местности. Для наших широт оптимальными являются углы наклона между 30 и 45 градусами. Очень важной частью является поддерживающая установка - именно она будет нести опору для солнечного коллектора, она должна выдерживать порывы ветра и надежно фиксировать гелиосистему.

Типичные способы установки солнечных коллекторов:

Наклонный (на крышу с углом ската)
Горизонтальный (на плоскую крышу);
Свободностоящий (с опорной структурой)

В завершение можно сказать, что независимые энергетические системы быстро набирают популярность. А солнечные коллекторы, как элемент энергонезависимой структуры дома удачно вписывается в «зеленые» технологии и бесплатные источники энергии .

< Предыдущая

Люди постоянно задумывались над эффективным использованием солнечной энергии. Поэтому за последний десяток лет в Европе активно стали использовать гелиосистемы, которые позволяют обогревать помещение за счет солнечного света. На первый взгляд эта идея может показаться не слишком правдоподобной, однако это не так. Сегодня солнечный способен полностью обогреть ваш дом. Несмотря на то что это весьма дорогостоящее оборудование, его все чаще и чаще применяют в частном секторе.

Общие сведения

Как было отмечено выше, сегодня гелиосистемы только набирают свою популярность. В первую очередь это обусловлено недоверием потребителей к такому оборудованию. В принципе, это понятно, но если более подробно разобраться в данной теме, станет ясно, что все это реально и довольно эффективно. Еще один ограничивающий фактор - высокая стоимость монтажа и оборудования. Действительно, солнечный коллектор для отопления стоит немало, но окупается он достаточно быстро. Вы наверняка подумали, что в местах, где яркий солнечный свет появляется редко, использовать такую технику бессмысленно. Но это не совсем так. Поглощающих способностей и мощности пластин обычно достаточно для того, чтобы греть дом даже в пасмурные и дождливые дни. Но, естественно, эффективность работы в солнечных местах значительно выше.

Устройство бытового коллектора

В качестве теплоносителя может выступать вода, воздух, антифриз или любая другая жидкость с высоким коэффициентом теплоотдачи. После нагревания носитель циркулирует по коллектору и передает накопленную энергию в специальный бак. Уже оттуда потребитель получает горячую воду. В самом простом варианте циркуляция воды осуществляется естественно, что достигается благодаря разности температур в накопительном баке и коллекторе. В более сложном варианте устанавливается насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию по контуру. Конечно, нужно понимать, что с повышением температуры теплоносителя эффективность коллектора снижается, а если мощности недостаточно, то имеет смысл установки электрического нагревательного элемента, который будет доводить воздух до нужной температуры.

Свобода или нет?

Солнечные коллекторы для дома делают владельцев полностью независимыми. Во-первых, нет необходимости использовать электрический или газовый котел. Если последний вариант еще более приемлем, то цены на электроэнергию в нашей стране настолько велики, что обогреть большой дом проблемно и дорого. Гелиосистема хоть и зависима от электроэнергии, но потребляет ее минимальное количество. Обусловлено это тем, что солнечная энергия превращается в тепловую без непосредственного участия электроэнергии. Конечно, чтобы не остаться без отопления в случае отключения электричества, рекомендуется установить генератор и выпрямитель. Многие в настоящее время солнечные коллекторы для дома рассматривают в качестве так как они полностью зависимы от климатических условий, что не является их сильной стороной.

Плоский солнечный коллектор и его особенности

Такие системы являются одними из самых популярных. Давайте вкратце рассмотрим их конструкцию и принцип работы. Мы имеем абсорбер - элемент, поглощающий солнечную энергию. На него нанесено специальное прозрачное покрытие, а также изолирующий слой. Абсорбер соединяется непосредственно с теплопроводящей системой. Цвет поверхности обычно черный, что позволяет несколько увеличить эффективность работы.

Трубки, которые необходимы для передачи теплоносителя, изготовлены из меди. В случае простоя коллектора вода может быть нагрета до 190 градусов по Цельсию. Естественно, чем выше интенсивность и количество солнечной энергии, тем выше эффективность такой гелиосистемы. Тем не менее нередко плоский солнечный коллектор оснащается оптическими приборами для более эффективного сбора энергии. Абсорбент должен иметь высокий показатель теплопроводности, поэтому часто устанавливают медные и алюминиевые экраны.

Воздушный солнечный коллектор

Такая гелиосистема используется для нагрева воздуха в помещении. По большому счету, это обычный плоский коллектор, который используется для отопления помещения. Через поглотитель проходит воздух. Процесс может проходить как принудительно, так и естественной конвекцией. Но поглотитель с установленной выглядит более выгодно на фоне обычного. Это обусловлено тем, что избыточная турбулентность потока увеличивает его теплопроводность, чего нам и необходимо добиться. Но чего-то сверхъестественного ожидать от таких систем не стоит. Они могут прогреть воздух на 17 градусов выше наружной температуры. К преимуществам такой гелиосистемы стоит отнести ее простоту и надежность. При должном уходе воздушный солнечный коллектор может прослужить более 20 лет. Но использовать такую систему в качестве основного отопления не рекомендуют.

О вакуумных гелиосистемах

Это одно из самых дорогостоящих решений. Конструкция такого изделия достаточно сложная, поэтому монтаж осуществляется только специалистами. Такая система позволяет добиться температуры теплоносителя до 300 градусов во время простоя. Конечно, получить такие высокие показатели специалистам было очень непросто. Во-первых, постарались уменьшить теплопотери за счет многослойного стеклянного покрытия и создания вакуума в системе.

В нашем случае солнечная труба несколько похожа на обычный бытовой термос. Только внешняя часть прозрачная, а на внутренней трубка имеет специальное покрытие, позволяющее улавливать солнечную энергию. Между трубками вакуум, благодаря которому и удается добиться минимальных потерь тепла. В конечном итоге можно говорить о высоком КПД таких систем по сравнению с плоскими и воздушными. При этом такой коллектор способен функционировать в условиях слабой освещенности.

Что говорят потребители?

Мы уже немного разобрались с тем, какой может быть солнечный коллектор. Отзывы покупателей практически всегда отличаются. Кто-то очень доволен инновационными системами, другие же, напротив, жалеют потраченных впустую денег. Но в целом картина выглядит неплохо. Примерно 75% покупателей отзываются хорошо о системе. Кстати, воздушные коллекторы покупаются редко, по крайней мере, на территории России, поэтому о них сказать ничего нельзя. А вот вакуумные гелиосистемы показали себя, как надежные поставщики тепла в дом. Но тут стоит отметить, что многое зависит от специалистов, устанавливающих такое сложное и дорогостоящее оборудование. Если что-то будет сделано неверно, то эффективность работы системы будет ниже. В Европе же ситуация несколько другая. Люди с удовольствием устанавливают гелиосистемы, так как цены на них там несколько ниже, а распространенность выше. Однако их очень редко используют в качестве основного источника тепла, так как нельзя утверждать, что лучшая альтернатива газу или углю - это солнечный коллектор. Отзывы, кстати, и говорят о том, что это очень дорого и не всегда целесообразно.

О применении в Европе и России

Как было отмечено немного выше, воздушный солнечный коллектор для отопления в ряде европейских стран активно используется в течение нескольких лет. Но гелиосистемы нашли свое применение и в промышленности. В частности, речь идет о текстильной и пищевой промышленности, где такое решение выглядит особо потенциальным. Так, уже к 2000 году суммарная площадь солнечных коллекторов составляла порядка 14 миллионов кубических метров, в то время как во всем мире эта цифра достигала 71 млн м 3 .

В России же ситуация выглядит не так хорошо. Дело в том, что такие системы позволяют нагревать примерно 100 литров воды в сутки с вероятностью 80%. Это обусловлено небольшой дневной суммой солнечного излучения. Лучшими регионами для установки коллекторов стали Забайкалье, Сибирь и Приморье, где ежедневное количество солнечной радиации выше, чем по центральной части России. В принципе, наблюдается некая тенденция незначительного увеличения спроса.

О солнечных башнях

Как ни странно, идея получения энергии от солнца и дальнейшее ее использование в промышленности впервые была предложена советским ученым еще в 1930 году. По сути, это большая башня, имеющая центральный приемник на самом верху. Система представляла собой определенное количество гелиостатов, которые управлялись одновременно по двум координатам. Однако это устройство использовалось в качестве отражателя солнечных лучей непосредственно на приемник, что значительно увеличивало эффективность такой системы. Только вот строить такие башни начали в США. Но всего было построено пара солнечных башен. Сегодня же крайне важно правильно выполнить расчет солнечного коллектора для отопления. Только после этого можно рассчитывать на высокую эффективность установки.

Заключение

Вот мы и поговорили с вами о том, что такое солнечный коллектор для отопления. Отзывы, как вы видите, отличаются в зависимости от правильности монтажа и места размещения. Одно можно сказать точно - это хорошее решение, но только в качестве альтернативного источника тепла. Дело в том, что полностью полагаться на солнечную энергию нельзя, по этой простой причине техника, зависящая от климатических условий, не пользуется особой популярностью. Гелиосистемы постепенно набирают популярность хотя бы потому, что это полностью безотходный и, что самое главное, экологический способ обогрева и получения Солнечный коллектор самодельный для отопления малоэффективен, поэтому лучше купить качественное изделие. Помните о том, требуют специализированного регулярного обслуживания и не терпят механических повреждений. Поэтому если собираетесь установить такую роскошь, будьте готовы к затратам.

Солнечный коллектор для отопления дома был изобретен сравнительно недавно. Как и любая новая технология, стоимость его довольно высока, однако эта разновидность климатической техники способна помочь значительно сэкономить ресурсы.

Подобные конструкции также имеют второе название – гелиосистемы . Ежегодно данное оборудование способно произвести порядка 600-800 киловатт тепловой энергии всего на один квадратный метр площади устройства. Получается, что в холодное время года подобное устройство способно взять на себя отопительные функции приблизительно трети жилого дома.

Принцип функционирования солнечного коллектора по своим основам очень похож на . В нем накапливается энергия, содержащаяся в солнечном свете, она направляется на специальный нагревательный элемент, который представляет собой панель в несколько квадратных метров.

По большому счету, такой элемент является самой обыкновенной солнечной батареей, солнечные лучи, попавшие на него, передают свою энергию так называемому теплообменнику. В нем содержится теплоноситель, например, воздух, вода или антифриз. Он под действием поступившего количества теплоты разогревается и направляется в отопительную систему, где начинает циркулировать по квартире или дому. Солнечные коллекторы позволяют хорошо сэкономить на расходах, связанных с отоплением.

Чтобы конструкция функционировала наиболее эффективно, разработчики смогли совместить электричество и энергию солнечных лучей. Дело в том, что в зимний период солнце можно найти на небосклоне далеко не всегда. Из-за этого выходит, что данный обогревательный прибор не сможет функционировать в полной мере. Благодаря подключению к электрической сети осуществляется принудительная циркуляция теплообменника по системе, что делает затраты минимальными. Стоит отметить, что подобное устройство устанавливать рационально только в домах с большой площадью.

Некоторые специалисты утверждают, что гелиосистема окупается довольно долго, однако эта точка зрения ошибочна. Если сложить все средства, вложенные в данное оборудование и техническое обслуживание, то они вернутся приблизительно в течение трех-пяти лет. Чем регулярней его будут использовать, тем быстрее он окупится. Более того, необходимо принимать во внимание, что расходы на отопление с каждым годом становятся все больше и больше из-за постоянного роста тарифов.

Существует своя классификация данных устройств, которая базируется на их конструкции:

• Плоский;
• Воздушный;
• Вакуумный.

Плоская конструкция внешне похожа на ящик, выполненный из алюминия, внутри которого находятся трубки из медных материалов. На дне ящика находится довольно толстый теплоизоляционный слой. Сверху изделие закрыто специальными материалами, например, закаленным стеклом или пропиленегликолем. Именно данная поверхность и будет поглощать в себя тепло солнечных лучей. Среди всех видом изделий эта конструкция является наиболее прочной и долговечной, поэтому она рекомендована для установки в регионах, где регулярно выпадает дождь или снег.

Однако у плоского коллектора имеется один довольно существенный недостаток: если он выходит из строя, то это будет касаться всей отопительной системы. Ремонту, как правило, не подлежит, его придется сразу менять и устанавливать новый. Его можно применять не только для обогрева, но и для горячего водоснабжения, однако его производственной мощности хватит лишь для того, чтобы прогреть температуру всего на 20-30 градусов выше по сравнению с температурой окружающей среды. Данная модель является самой дешевой среди всех других видов.

Конструкция воздушного коллектора функционирует по принципу парникового эффекта. Солнечные лучи, притянутые рабочей поверхностью, будут полностью поглощаться. Эта тепловая энергия прогревает массу воздуха, которая находится внутри конструкции. В ней может быть предусмотрен специальный вентилятор, передающий горячий воздух дальше в жилые помещения, однако имеются устройства, обеспечивающие естественную циркуляцию. Данный коллектор представляет собой прочную, надежную и очень долговечную конструкцию, которая практически не будет нуждаться в проведении ремонтных работ. Их недостаток заключается в том, что диапазон прогрева воздуха не слишком большой.

Вакуумный коллектор состоит из системы медных трубок, размещенных в стеклянном сосуде довольно большого объема. Между стенками воздуха нет, он полностью откачан. Вакуум в данном случае выполняет функцию теплоизолятора и одновременно проводника.

Все элементы располагаются в ряд, что позволяет поглотить как можно большее количество солнечной энергии. В зависимости от того, какой протяженности будут трубки, можно будет рассчитать, сколько тепла они станут давать. Для не слишком большого дома вполне подойдут трубки, длина которых не будет превышать два метра с внутренним диаметром 6 см. Стекло, используемое в данной конструкции, отличается хрупкостью, поэтому такие осадки, как град, а также упавшие ветки и прочие физические воздействия могут привести к тому, что она выйдет из строя.

Ремонтные работы в этом случае связаны с необходимостью замены трубки, которая вышла из строя, что является несомненным плюсом, так как нужды в полной замене системы не будет. В зимний период эффективность от использования такого солнечного коллектора значительно выше по сравнению с плоскими устройствами. Это связано с его возможностью лучше прогревать воду и сохранять тепло в течение долгого времени. Коллекторы вакуумного типа, используемые для прогрева дома, обычно имеют только самые положительные отзывы со стороны потребителей, так как можно приобрести изделия различных размеров, поэтому они подойдут даже для достаточно больших домов. Это позволяет хорошо сэкономить на отоплении, не снижая при этом показатели коэффициента полезного действия.

Стоит отметить, что коллекторы могут быть сезонного использования и круглогодичного применения. Первая разновидность может функционировать только в том случае, если температура окружающей среды не ниже ноля градусов. Круглогодичные являются универсальными конструкциями, однако их стоимость будет значительно выше.

Осуществляя выбор солнечного коллектора, следует учитывать не только собственные финансовые возможности, но и ряд других параметров:

• Требуемая мощность;
• Площадь крыши, так как коллектор устанавливается обычно именно там.

Положительные и отрицательные качества коллекторов

Как и любое другое устройство, коллектор обладает сильными и слабыми моментами. Это также следует принимать во внимание, так как благодаря им удастся определить – имеется ли необходимость монтировать гелиосистему или же выгоднее будет обойтись без нее.

Главным положительным моментом данного устройства является их полная экологичность, так как они не способны нанести вред окружающей среде. Для нагрева теплоносителя не применяются процессы горения, во время эксплуатации нет никаких отработанных материалов, соответственно, в атмосферу не выделяется никаких вредных веществ. Такие системы идеально подойдут для людей, которые больны заболеваниями органов дыхания.

Несмотря на то, что стоит солнечный коллектор для отопления довольно-таки дорого, он представляет собой весьма экономичную конструкцию. Начать экономить можно уже на монтаже, если заниматься этим самостоятельно, но большинство специалистов советуют обратиться за помощью к профессионалам. В течение пяти лет коллектор в полном объеме возвращают свою стоимость и начинают работать на то, чтобы сохранить средства и ресурсы.

Если сравнивать такую систему отопления с твердотопливным или газовым котлом, то применение котлов значительно дороже, так как год от года горючее продолжает становиться все дороже и дороже, а за солнечную энергию платить вовсе не придется. В летний период, когда солнце постоянно на небосводе, эффективность солнечных коллекторов значительно превышает пользу от котла.

Гелиосистемы поглощают тепло даже в случае, если в окружающей среде минимально освещение. Если конструкция будет собрана правильно, то даже в пасмурную погоду она станет давать нужное количество тепла.

Коллекторы представляют собой конструкции, совершенно не зависимые от подачи электрической или иной энергии. В некоторых регионах нашей страны солнце зачастую светит полгода, поэтому здесь можно и вовсе отказаться от использования исчерпаемых ресурсов типа газа или электроэнергии для отопления строения. Даже в случае, если наблюдаются периодические проблемы с подачей энергии, конструкция будет продолжать производить достаточное количество теплоты.

Гарантия на гелиосистемы составляет порядка 15 лет, однако здесь имеется ряд определенных нюансов: воздействие атмосферных осадков не является гарантийным случаем, поэтому следует тщательно продумать, как защитить коллектор от подобных поломок.

Главным отрицательным моментом гелиосистем является их стоимость. Одни из наиболее дорогих конструкций могут обойтись примерно в 10 тысяч долларов без установки и обслуживания. Производители говорят, что для установки такой конструкции не нужно получать никаких разрешений: в частности, для монтажа в индивидуальном жилом доме, действительно не придется оформлять никаких документов. Для установки на крыше многоквартирного дома нужно будет получить соответствующую бумагу от жилищного управления.

Вследствие того, что в большинстве регионов нашей страны довольно холодно и пасмурно, такие изделия на сегодняшний день не отличаются популярностью. Однако за пределами нашей страны, где люди гораздо больше заботятся о сохранности окружающей среды, их можно встретить значительно чаще.

На что обращать внимание при покупке коллектора?

Все гелиосистемы промышленного производства генерируют тепловую энергию, которая выражается в киловаттах. На этот показатель обязательно следует смотреть, так как существует вероятность приобрести либо слабую, либо чересчур мощную конструкцию. Очень важно проверить, насколько хорошо коллектор сохраняет полученное от солнечных лучей тепло, так как этот фактор будет играть одну из ключевых ролей, если его планируется устанавливать в холодных регионах.

При установке коллектор помещается в специальный каркас, который имеет определенную массу. Следует выяснить, насколько сильная конструкция крыши – может ли она выдержать массу данного оборудования. Если обрешетка слабая, то ее нужно будет предварительно усилить. В некоторых случаях коллектор размещают в вертикальной плоскости, что позволяет не допустить лишнего воздействия атмосферных осадков, но из-за этого несколько снизится коэффициент полезного действия оборудования.

Обзор лучших моделей

Среди плоских конструкций наилучшей считается FPC-2200. У этого устройства активная площадь составляет 2,1 квадратных метра. Коэффициент полезного действия, если правильно установить изделие, будет достигать 94%. С его помощью можно достичь температуры теплоносителя в 135 градусов, наибольшее давление в системе будет составлять 1МПа. Без каркаса устанавливать запрещено. Стоит порядка 30 тысяч рублем.

Лучшим воздушным коллектором считает SOLARVENTI SV3, он способен работать полностью в автономном режиме. Предназначен не только для жилых помещений, но и для складов, разного рода иных технических помещений. Максимальная площадь, которую он может обогревать составляет всего лишь 25 квадратных метров. Изделие отличается компактными габаритами, масса составляет около 6 см, его разрешается устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Стоит достаточно дорого – 40 тысяч рублей.

На сегодняшний день вакуумные модели на российском рынке не представлены. Такой коллектор будет хорошим дополнением к стандартной отопительной системе дома или квартиры.

Принцип работы солнечного коллектора, виды, особенности

Наша звезда по имени Солнце каждый даёт нам бесплатно неограниченное количество энергии. Причём эта энергия практически неисчерпаема. Поэтому всё больше разработок мы видим в области солнечной энергетики. В развитых странах постоянно работают над тем, как поднять эффективность устройств, преобразующих солнечный свет в энергию. Это может быть электрическая энергия или тепловая. О сборе тепловой энергии мы сегодня и будем говорить. Ведь сколько тепла на халяву можно собрать из солнечного света в летнее время. А при наличии соответствующего оборудования, и в зимний период также. В ясную погоду Солнце «одаривает» каждый квадратный метр энергией 500─800 ватт/час. То есть, солнечный коллектор компактных размеров вполне может обеспечить отопление частного дома или его горячее водоснабжение. Солнечный коллектор представляет собой систему сбора солнечного тепла, в которой теплоносителем может быть воздух, вода, антифриз и т. п. В этой статье мы рассмотрим эти виды, поговорим об их эффективность и принцип работы.

Как могут использоваться тепловые коллекторы в хозяйственной деятельности? Собранное ими тепло можно пустить на:

• Горячее водоснабжение ванной комнаты, душа, кухни;
• Система обогрева сада, теплицы и других подобных конструкций практически круглый год;
• Вспомогательный источник нагрева воды для отопительной системы осень и зимой.

Если вы ни разу не имели дело с солнечными коллекторами, то внимательно отнеситесь к их выбору. К примеру, жидкостные плоские и вакуумные модели достаточно сильно отличаются друг от друга по цене и эффективности работы. Вакуумные, к примеру, делаются только фабрично, а плоские часто изготавливаются кустарным способом. Перед покупкой обязательно прочитайте отзывы о разных типах коллекторных установок. Вам станет понятно, какие результаты и сложности могут подстерегать вас в этом направлении.

Коллекторных установок по сбору солнечного тепла много. Попробуем выделить основные группы.

• Плоские или вакуумные системы. Могут иметь естественную, но чаще всего принудительную циркуляцию теплоносителя. Обычно это стационарные установки, некоторые из которых работают в летний сезон, а другие круглый год;
• Воздушные коллекторы. Тепло собирается с абсорбера при помощи воздушного потока. Циркуляция также может быть естественной или принудительной. Этот тип установок проще и дешевле остальных, но имеют самый низкий КПД;
• Третья группа систем может использовать тепло для преобразования его в электричество (пароэлектрические и термохолодильные установки). Цена на эти устройства большая и они мало распространены в частном секторе.

Принцип работы солнечных коллекторов

Принцип работы солнечного коллектора заключается в сборе тепла и передаче его теплоносителю, циркулирующему в нём. Коллектор является ключевым элементом гелиосистем. Так сказать, их сердцем. Но помимо него туда входит ещё немало компонентов, о которых будет сказано ниже. Самый распространённый вариант коллектора – это плоский. Он имеет в своём составе абсорбер, поглощающий солнечное излучение и преобразующий его в тепло. Чтобы минимизировать потери тепла, абсорбер расположен в ящик с прозрачной передней стенкой и теплоизоляцией.

Через абсорбер прогоняется или идёт самотёком теплоноситель. В этой роли используют воду, антифриз или их смесь. Циркуляция поддерживается между коллектором и накопительной ёмкостью с горячей водой. Гелиосистема управляется посредством специального регулятора. Это своеобразный контроллер солнечного коллектора. Этот регулятор отслеживает, когда жидкость в резервуаре доходит до заданной температуры. После этого включается насос и начинается циркуляция теплоносителя. В большинстве случаев абсорберы делают из змеевика и массивного металлического листа. Как правило, для этого используют медь и алюминий.

Теплоноситель проходит по змеевику и идёт процесс теплообмена. Есть исполнения в виде двух сваренных листов металла, между которыми проходит жидкость-теплоноситель. Для изготовления коллекторов, нагревающих воду для бассейна, часто используют пластиковые трубы в качестве змеевика. Соответственно, и нагрев теплоносителя здесь происходит значительно меньше.

Теперь стоит поговорить о том, что включают в себя подобные гелиосистемы. В состав коллекторной установки входят следующие компоненты:

• Коллектор;
• Расширительный бак;
• Температурные датчики (в коллекторе, накопителе, для подогрева воды и т. п.);
• Система подключения для подключения холодному водоснабжению;
• Регулятор;
• Система стока горячей воды;
• Насос.

Используя стандартные решения для отопления дома, можно постоянно получать в своё распоряжение необходимый объём горячей воды. Если используется солнечный коллектор, то в какой-то момент его мощности хватает для нагрева необходимого количества воды, а в следующий момент он простаивает или его выработка значительно снижена.

Поэтому чаще всего солнечные коллекторы, как правило, интегрируются в систему отопления с котлами на традиционных источниках энергии. С их интеграцией проблем не возникает, поскольку коллекторные системы могут быть легко установлены на здании. Пока ещё гелиотехнологии недостаточно развиты для того, чтобы эффективно работать без обычных электрических или газовых котлов.

Виды

Давайте рассмотрим основные конструкции солнечных коллекторов.

Воздушные

Как понятно из названия, теплоносителем в таких коллекторах является воздух. Такие конструкции очень просты, надёжны и обходятся недорого. Очень часто их делают своими руками без особых проблем. Абсорбер в таких коллекторах представляет собой батарею вертикальных трубок (каналов), которые выкрашены в чёрный матовый цвет. В основе функционирования такой системы лежит прогон воздуха по этим трубам для его нагрева.

Среди плюсов воздушного коллектора можно отметить:

• Простота и высокая надёжность;
• Простой монтаж, дешевизна;
• Расход электричества минимален (на вентилятор) или его нет (когда воздух идёт самотёком).

Конструкция этой системы обычно делается из алюминиевых трубок с тонкой стенкой. Часто в сети можно встретить примеры, где работает солнечный коллектор из пивных банок. При этом поверхность этих банок окрашена в чёрный матовый цвет. В этой батарее есть воздуховоды для подачи холодного и отвода нагретого воздуха. В холодном подводе ставится вентилятор с, так называемым, нулевым сопротивлением. При необходимости он отключается, и воздух идёт самотёком. А этот вентилятор должен создавать для него как можно меньшее сопротивление. Воздухозаборник позволяет изменять количество воздуха, который забирается из помещения, а также извне.

По производительности и эффективности воздушные коллекторы несколько уступают плоским жидкостным установкам. Они могут хорошо нагреть помещение, только при максимальной освещённости солнечным светом. Мощность таких систем регулируется в зависимости от числа труб в абсорбере. Очень часто подобные установки применяют в системах отопления и сушки хозяйственных, складских помещений, хранятся овощи и фрукты.

Жидкостные

В этой группе рассмотрим коллекторные системы с жидким теплоносителем.

Плоские

Плоский солнечный коллектор имеет в своём составе абсорбер, корпус и теплоизоляцией и прозрачным покрытием с одной стороны. В роли прозрачного покрытия может использоваться стекло, поликарбонат. В самодельных установках иногда можно встретить прозрачный пластик или полиэтилен. Лучше всего использовать стекло, которое хорошо пропускает коротковолновые солнечные лучи. Кроме того, у обычного прозрачного стекла без напыления небольшое отражение лучей от поверхности.

Помимо пропускания света, прозрачное стекло или другой материал должны защищать абсорбер от воздействия окружающей среды. При фабричном производстве корпусов используется алюминий или оцинкованная сталь. В последнее время встречаются установки, в которых корпус выполнен из синтетических материалов.

Теплоизоляция корпуса делается внутри с оборотной стороны и по бокам. Это позволяет значительно понизить потери тепла. В качестве изоляционного материала может быть использован полиуретан или минеральная вата. А также часто используют стекловолокно, стеклопластик, стекловату прочие подобные материалы.

Плоские коллекторные установки привлекают отличным соотношением цены и производительности. Стоит также отметить различные способы их монтажа. Они ставятся на крыше, на стене здания. Могут быть и отдельно стоящие установки. Чтобы снизить потери от конвекции в корпусе коллектора, производители использует разные методы. Один из таких методов предполагает откачку воздуха в помещение.

Вакуумные

Плоские коллекторы выгодны по цене, привлекают простотой и надёжностью, но эффективно работают только в солнечный день. Кроме того, они становятся бесполезными зимой. Даже осенью и весной эффективность таких систем сильно падает. Если вы хотите использовать коллектор в северных широтах в любое время года, придётся покупать вакуумный аппарат.

Вакуумные коллекторы (часто их ещё называют трубчатыми) обладают высокой эффективностью. Сердцем системы являются вакуумные трубки. Принцип действия – это известная из физики тепловая трубка. Такая конструкция обладает высокой теплопроводностью. Тепло на одном конце трубки собирается и передаётся на противоположный конец.

Один элемент такого коллектора является своеобразной колбой из стекла высокой прочности. Внутри оно имеет зеркальное напыление. Поскольку зеркало одностороннее, то лучи солнца попадают внутрь колбы и не выходят обратно. В результате медная тепловая трубка поглощает максимальное количество солнечной энергии. А чтобы тепло не терялось в окружающую среду, трубка помещена в другую трубку, а между ними создан вакуум. Тепловую энергия, получаемую от солнца, медная трубка передаёт теплоносителю (тосол, масло) внутри себя самой. Он, в свою очередь, передаёт тепло воде во внешнем контуре. Это называется схема косвенного нагрева. И также тепло трубка может отдавать напрямую воде, циркулирующей в системе. Это схема прямого нагрева.

В чём заключаются плюсы вакуумных коллекторов?

• В три─четыре раза более эффективны, чем плоские модели;
• Работают даже в зимнее время года;
• Имеют небольшую чувствительность к углу падения света от солнца. Даже при острых углах падения эти системы функционируют нормально;
• Конструкция весит немного и может быть установлена прямо на крыше дома без создания несущих конструкций.

Стоит отметить, что запас прочности стекла позволяет выдержать удары градин до 2 сантиметров в диаметре. Кроме того, оно выдерживает многократные циклы нагрев-охлаждение. Периодически нужно очищать поверхность трубок. Это делается мойкой тёплой водой, лучше в вечернее время. Многие спрашивают, а как рассчитать площадь солнечного коллектора для нагрева определённого объёма воды. Можно сказать, что коллектор площадью один квадратный метр даёт в сутки около 60 литров воды температурой 60─70 градусов.

Хотя эти данные могут значительно отличаться для продукции различных производителей. Полезным можно назвать такую возможность, как самостоятельную проверку вакуумных трубок. Их работоспособность можно оценить без специального инструмента. Для этого к нижнему торцу трубки неработающей системы нужно приложить ладонь. Трубка считается нормальной, если место прикосновения долго остаётся холодным и не появляется никакого налёта в области прикосновения.

Вода из накопительной ёмкости может подаваться, как самотёком, так и с помощью насоса небольшой мощности. С последним резервуар заполняется значительно быстрее. Есть довольно сложные конструкции, где солнечный коллектор соединяется тепловым накопителем, системой отопления, горячего водоснабжения и электроникой для управления. Стоимость подобных систем может доходить до нескольких тысяч евро. Производители заявляют, что срок службы устройств составляет до 25─30 лет.

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

Одной из попыток приручить неиссякаемый поток тепла и света из космоса является гелиосистема теплообмена. Медленно, но уверенно солнечные коллекторы для отопления дома приобретают популярность у потребителей и вытесняют традиционные источники отопления. А для набирающей обороты концепции умного дома это и вовсе неотъемлемая часть инженерного оборудования. В его широкой доступности играет роль повышение технологичности производства и, как следствие, снижение стоимости. Около 70 % мирового рынка использования гелиосистем приходится на Китай. В южных регионах этой страны едва ли не на каждой крыше можно увидеть солнечный коллектор. Цена изделий нашего восточного соседа гораздо ниже европейских, качество довольно приемлемое.

Сомнения прочь

В странах Средиземноморья, где количество солнечных дней - более 300 в году, солнечный коллектор для отопления и нагрева воды можно встретить практически на каждой крыше. Не вызывает сомнения эффективность использования этого источника тепла в южных регионах России. Климат средней полосы считается неблагоприятным для таких энергетических установок. Однако исследования и эксперименты доказывают целесообразность применения гелиосистем. Специальная работа была проведена в институте высоких температур Российской академии наук. Средние показатели интенсивности солнечного потока в зависимости от климатической зоны составляют 150-300 Вт/кв. м. Пиковые показатели достигают 1000 Вт/кв. м.

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

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

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

Виды преобразователей солнечной энергии

Солнечный коллектор предназначен для преобразования энергии дневного светила в тепловую энергию. Применяемые материалы и конструктивные решения направлены на максимальное поглощение энергии солнца, преобразование ее в тепловую и эффективную передачу для дальнейшего использования. В качестве теплоносителя используется как специальная незамерзающая жидкость, так и атмосферный воздух. Циркуляция теплоносителя бывает принудительной и естественной. В том случае если применяется естественная, конвекционная, система теплообмена, солнечный коллектор должен располагаться ниже бака-аккумулятора, например на прилегающем земельном участке. Такая схема применяется при необходимости отопления небольших или временных помещений. Объемные системы требуют использования насоса для циркуляции жидкости. Такую схему можно использовать и для устройства системы горячего водоснабжения.

Схема гелиоустановки

Система отопления состоит из следующих компонентов:

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

В баке-накопителе происходит передача тепла от контура гелиоустановки контуру паровой системы отопления дома. В этой емкости может быть размещен дублирующий нагревательный элемент, который автоматически включается, если погодные условия не способствуют нагреву теплоносителя до заданных параметров. Жидкость гелиоустановки соответствует противоречивым требованиям. Она должна быть морозоустойчивой, но в то же время не испаряться при высокой температуре и не быть токсичной. В большинстве установок используется теплоноситель, состоящий из 60 % дистиллированной воды и 40 % гликоля. Автоматика позволяет без участия человека поддерживать нужную температуру внутри помещения и не допускать перегрева теплоносителя.

Вакуумный солнечный коллектор

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

В нижней части внутренней трубки находится теплоноситель - жидкость, которая при нагревании быстро переходит в газообразное состояние. В верхней части трубки происходит передача тепла коллектору, при этом теплоноситель охлаждается и, конденсируясь, возвращается в изначальное состояние. Системы с использованием вакуумных трубок обладают довольно высоким КПД при температуре ниже -37 °С и плохой освещенности. Это оборудование требует своевременной очистки от снега и монтажа строго под определенным углом. Также периодически прозрачные сегменты следует очищать от загрязнения. Вакуумный солнечный коллектор специально разрабатывался для северных широт. Он эффективно работает при отсутствии прямых солнечных лучей.

Плоский гелиопреобразователь

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

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

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

Коллектор-концентратор

В южных широтах, где наибольшее количество ясных дней, получил распространение так называемый концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, расположенных на одной криволинейной поверхности и концентрирующих солнечный свет в определенной точке. Для наибольшей эффективности требуется изменение положения в двух плоскостях вслед за движением солнца по небосводу в течение дня. Солнечные коллекторы для отопления дома такой конструкции не применяются.

В быту и на работе

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

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

Воздушная гелиосистема

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

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

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

Солнечная система для горячего водоснабжения

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

Солнечный коллектор своими руками

Простейший солнечный преобразователь предусматривает непосредственную передачу тепла солнечного света циркулирующий внутри системы труб воде. Подобную продукцию производила отечественная промышленность в начале этого века. Солнечные коллекторы для дома изготавливались из медной трубки диаметром до 20 мм. Для удобства монтажа и использования она закручивалась в плоскую спираль, имеющую на обоих концах штуцер для подсоединения магистрального трубопровода либо просто садового шланга. Такую спираль можно было разместить на скате крыши дачного домика. Объема горячей воды вполне хватало, чтобы принять душ в конце дня и помыть посуду. Подобный солнечный коллектор своими руками можно сделать из черной пластиковой трубы. Плоский гелиопреобразователь изготавливается с помощью теплообменника от старого холодильника.

Установка коллектора

Сложность эксплуатации солнечной системы в том, что эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом, времени года и суток, наличия облачности, влажности и температуры окружающего воздуха. Солнечный коллектор для отопления помещения в горизонтальной плоскости должен быть ориентирован строго на юг. Отклонения в сторону запада или востока допускаются в пределах 40°. При этом эффективность установки снизится примерно до 20 %. Важную роль играет угол наклона, который должен составлять от 35 до 45°.

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