Как установить солнечные коллекторы для отопления – от выбора до монтажа гелиосистемы

Как установить солнечные коллекторы для отопления – от выбора до монтажа гелиосистемы

<p> Содержание: </p> <p> </p> <div> <a href="#1">Что такое солнечные коллекторы</a><br> <a href="#2">Разновидности устройств</a><br> <a href="#3">Плоские приборы</a><br> <a href="#4">Вакуумные устройства</a><br> <a href="#5">Характеристики некоторых моделей коллекторов</a><br> <a href="#6">Изготовление устройств своими руками</a><br> <a href="#7">Подключение коллектора к отопительной системе</a><br> <a href="#8">Экономичность солнечных коллекторов для отопления</a><br> <a href="#9">Период окупаемости гелиосистемы</a><br> <a href="#10">Подведение итогов</a><br> <a href="#11">Видео</a> </div> <p> Многие владельцы недвижимости задумываются о том, как можно сэкономить, поскольку из года в год растут цены на горячее водоснабжение и отопление. Дополнительное использование энергии солнца позволяет сокращать расходы, а иногда и свести их почти к нулю. Солнечные отопительные коллекторы являются источником экологически чистой энергии. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="солнечный коллектор зимой" src="/upload/medialibrary/c2b/c2b634ca1347e43271b7ac2eaf577f2d.jpg" height="357" loading="lazy" title="солнечные коллекторы для отопления"><br> </p> <h2><a name="1"></a>Что такое солнечные коллекторы</h2> <a name="777"></a> <p> Данные приборы также называют гелиосистемами. Они предназначаются для аккумулирования энергии Солнца, используемой для подогрева воды. Применение солнечных коллекторов предоставляет возможность получения дополнительного обогрева. В результате их обладатели имеют горячее водоснабжение и теплоснабжение. </p> <p> Солнечные коллекторы для отопления являются несложными установками, которые для нагрева воды задействуют видимый свет, и ИК излучение от небесного светила. Принцип их функционирования основан на поглощении тепловой энергии поверхностью, имеющей низкую отражающую способность. </p> <p> <a name="777"></a>Отличаются коллекторы от фотоэлектрических солнечных батарей более высокой эффективностью. Дело в том, что фотоэлектрические элементы способны преобразовать в электричество всего 15% энергии Солнца, а коллекторы утилизируют около 80%. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="отопление дома солнечными коллекторами зимой" src="/upload/medialibrary/88b/88b6d94d0e97a2180e8d44b32dc310e4.jpg" height="432" loading="lazy" title="солнечный коллектор зимой"><br> </p> <p> Главной проблемой, которая препятствует их использованию в качестве главного источника тепловой энергии для жилья, является непостоянная мощность данных устройств, что объясняется: </p> <ol start="1"> <li>Суточными изменениями степени освещенности, ведь в ночное время выработка тепловой энергии снижается до нулевой отметки. Кроме этого, для поддержания плюсовой температуры жидкости, перемещающейся через коллектор, нужны дополнительные затраты тепла.</li> <li>Различными погодными условиями. Если наблюдается плотная облачность, тепловая производительность устройств понижается.</li> </ol> <blockquote> <p> В холодные месяцы, когда наступает отопительный сезон, погода в основном пасмурная. Даже в ясные дни зимой солнечный коллектор вырабатывает тепла меньше примерно на четверть, что объясняется изменением угла падения солнечного света. </p> </blockquote> <h2><a name="2"></a>Разновидности устройств</h2> <a name="777"></a> <p> В продаже встречаются два вида установок, способных утилизировать солнечную энергию: </p> <ol start="1"> <li><strong>Плоский прибор</strong>. Производится в форме прямоугольного предмета, имеющего защитное прозрачное стекло и подложку, зачерненную для обеспечения максимальной степени поглощения солнечной радиации.</li> <li><strong>Вакуумное устройство</strong>. Внешне напоминает несколько колб, которые объединяет единый конденсатор.</li> </ol> <h2><a name="3"></a>Плоские приборы</h2> <p> Их конструктивное решение более простое, чем у вакуумных устройств, и одновременно они менее эффективны. Вода нагревается, когда циркулирует через трубки, прикрепленные к теплопроводной подложке, представляющей собой медный или алюминиевый лист - абсорбер. </p> <p> <a name="777"></a>Снизу подложку теплоизолируют, а сверху ее защищает прозрачный материал, пропускающий радиацию – поликарбонат или закаленное стекло с незначительным добавлением металла. </p> <p> Наибольшей эффективностью отличается плоское устройство с медными трубками, которые припаяны к формованной подложке из меди. Коллектор, оборудованный трубками, изготовленными из шитого полиэтилена, поглощает меньше тепла, поскольку они имеют более низкую теплопроводность. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="отопление солнечным коллектором зимой" src="/upload/medialibrary/ce8/ce8f542f02aa9ef7ffa4cb4395c123b9.jpg" height="410" loading="lazy" title="отопление дома солнечными коллекторами зимой"><br> </p> <p> Плоские устройства обладают следующими характеристиками: </p> <ol start="1"> <li>Их рабочая среда нагревается максимум до 200 – 210 градусов.</li> <li>Поглощение солнечной энергии составляет до 70%.</li> <li>Минимальное снижение эффективности отопления зимой у солнечного коллектора в снежную погоду. Прозрачный лист, служащий защитой для подложки с трубками, в процессе функционирования нагревается, в результате чего снежный покров быстро тает.</li> <li>Имеют место теплопотери. Они возникают в результате контакта воздуха, нагретого в устройстве, с защитным стеклом, но они не превышают 30%. По мере снижения температуры на улице у прибора начинается увеличение потери тепла. Он прекращает функционировать при -20 °С и ниже.</li> <li>Высокая парусность. Это свойство может стать препятствием для монтажа плоского коллектора в регионах, где зимой дуют сильные ветра.</li> <li>Их устанавливают под углом к горизонту так, чтобы расположение обеспечивало им максимальную освещенность на протяжении светового дня.</li> </ol> <h2><a name="4"></a>Вакуумные устройства</h2> <a name="777"></a> <p> Данный вид коллекторов состоит из нескольких трубок, которые называются термосами. В них имеется внутренняя колба с нанесенным высокоселективным покрытием, способствующим максимальному поглощению тепла. При этом внешняя колба абсолютна прозрачна. Поскольку между колбами присутствует вакуум, теплопотери в случае контакта с воздухом не превышают 5%. </p> <p> Вода нагревается быстро, так как тепло передается в соответствии с принципом тепловой трубки. Жидкость испаряется внизу колбы, и далее в виде пара движется вверх в конденсатор. Там теплоноситель возвращается в рабочее состояние и одновременно отдает накопленную тепловую энергию, после чего самотеком стекает вниз. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой" src="/upload/medialibrary/4ff/4ffd13876332e2d5cc7044e38102cbcf.jpg" height="464" loading="lazy" title="отопление солнечным коллектором зимой"><br> </p> <p> Вакуумные приборы отличаются от плоских устройств: </p> <ol start="1"> <li>Температура жидкости достигает 300 градусов.</li> <li>Высокая степень эффективности объясняется максимальным поглощением (до 80%) тепловой энергии адсорбирующим слоем, имеющимся на внутренних стенках колб, и наличием вакуума между стенками, исключающим конвекционный перенос энергии.</li> <li>В снежную погоду зимой у вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома наблюдается падение эффективности. Объясняется это тем, что у этих устройств минимальные теплопотери и поверхность колб не нагревается.</li> <li>Их устанавливают под углом к горизонту, который равен не менее 15-20 градусов. Если сделать наклон меньше, колбы не будут выполнять функцию тепловых трубок по причине того, что конденсирующая жидкость прекратит самотеком перемещаться в их нижнюю часть.</li> <li>Минимальная парусность позволяет устанавливать их в регионах, где преобладают сильные ветра.</li> </ol> <h2><a name="5"></a>Характеристики некоторых моделей коллекторов</h2> <a name="777"></a> <p> Эти устройства хорошо известны на отечественном рынке: </p> <ol start="1"> <li><strong>ЯSOLAR (Россия</strong>). Абсорбер изготавливается из меди. Площадь поверхности поглощающей свет составляет два «квадрата» при габаритах 2065х1073х105 миллиметров. Внутренний объем равен 1,4 литра. Пустой коллектор весит 37 килограммов. Тепловая номинальная мощность - 1,5 кВт при условии интенсивности освещения 900 Вт/кв. м. и температуре на улице 20 °С. Применяется антибликовое стекло толщиной 3,2 миллиметра, имеющее светопрозрачность 92%. Высота теплоизоляционного слоя –60 миллиметров.</li> <li><strong>СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А</strong>. Материалом изготовления абсорбера является алюминий. Размер поглощающей поверхности 2,06 «квадрата». Тепловая мощность - 1,5 кВт при интенсивности освещения 900 Вт/кв.м. и температуре на улице 20 °С. Параметры прибора 1093 х 2008 х 76,7 миллиметра при внутреннем объеме, равном 1,4 литра. Масса пустого устройства – 32 килограмма. Используется антибликовое стекло толщиной 3,2 миллиметра.</li> <li><strong>KAIROS VT 15B</strong>. Прибор размером 1910 х 1840 миллиметров весит 51 килограмм и насчитывает 15 трубок, у которых внешний диаметр 70 миллиметров. Рабочее давление равно 6 атмосферам. Внутренний объем составляет 4,6 литра. Нагрев прекращается при температуре 206 °С. Площадь поглощающей поверхности 1,5 «квадрата».</li> </ol> <h2><a name="6"></a>Изготовление устройств своими руками</h2> <a name="777"></a> <p> Можно обустроить горячее водоснабжение и отопление при помощи солнечных коллекторов, сделанных собственноручно. Их простейшая конструкция будет состоять из полиэтиленовой трубы для водоснабжения, уложенной в форме спирали, которую помещают в деревянную раму и накрывают пленкой из полиэтилена. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="расчет солнечного коллектора для отопления" src="/upload/medialibrary/566/566a3ece35f26824610f6ce3a09e1148.jpg" height="456" loading="lazy" title="вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой"><br> </p> <p> Но такой самодельный коллектор имеет недостатки: </p> <ul> <li>небольшой КПД по причине того, что теплообменник не имеет контакта по всей площади подложки, в результате чего много тепла тратится бесполезно;</li> <li>энергозависимость;</li> <li>недостаточная защищенность от воздействия ветра и механических повреждений.</li> </ul> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="обогрев солнечными коллекторами" src="/upload/medialibrary/b49/b49faa5002558de03d1e3c5e5327b486.jpg" height="432" loading="lazy" title="расчет солнечного коллектора для отопления"><br> </p> <p> Если имеется желание собрать прибор, который прослужит продолжительное время и обеспечит отопление дома солнечными коллекторами зимой, можно воспользоваться пошаговой инструкцией: </p> <ol start="1"> <li>Каналы для нагретой жидкости сваривают с нижним и верхним коллектором. Для этого желательно применять профильную трубную продукцию, имеющую размер от 20 х 20 миллиметров – она за счет плоской кромки способна обеспечить тепловой контакт с подложкой абсорбера. К коллекторам приваривают патрубки с резьбой 1/2-3/4 дюйма, предназначенные для вывода жидкости.<a name="777"></a></li> <li>К трубкам методом сварки прикрепляют подложку из стального 3-миллиметрового стального листа. Промежуток между прихватками не должен превышать 20 сантиметров. Такое расстояние позволяет исключить прогиб листа и избежать нарушения контакта с трубками.</li> <li>Вокруг абсорбера сооружают деревянную раму. Между листом абсорбера и краями рамки оставляют зазоры, необходимые для установки стекла и укладки теплоизоляционного материала. Древесину нужно предварительно обработать антисептиком.</li> <li>В раме просверливают отверстия под патрубки, выводящие теплоноситель.</li> <li>Абсорбер утепляют минватой с тыльной стороны. Потом теплоизоляционный материал зашивают досками, листами фанеры или ОСП.</li> <li>Далее абсорбер окрашивают черной кремнийорганической жароустойчивой краской, поскольку обычные красящие составы для наружного использования в данных условиях эксплуатации начинают шелушиться. Кромки рамы после этого проклеивают резиновым оконным уплотнителем и накрывают обычным 4-миллиметровым стеклом. Если остекление формируется из нескольких листов, тогда нужно герметизировать стыки при помощи силиконового герметика.</li> <li>Стекло прижимают к раме, используя алюминиевый или оцинкованный уголок, заранее проклеив его фронтальную сторону уплотнителем для окон.</li> </ol> <h2><a name="7"></a>Подключение коллектора к отопительной системе</h2> <a name="777"></a> <p> Тепло накапливается за счет использования теплоаккумулятора или буферной емкости, представляющей собой большой теплоизолированный бак, наполненный водой. В теплоснабжающей системе обустраивают два контура: </p> <ul> <li>между солнечным коллектором и буферной емкостью;</li> <li>между аккумулятором тепла и радиаторами.</li> </ul> <p> В течение дня тепло, получаемое гелиосистемой, применяется для нагрева теплоносителя в буферной емкости, а ночью или в пасмурную погоду его задействуют для поддержания температурного режима в доме. Для горячего водоснабжения задействуют бойлер косвенного нагрева. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="солнечные отопительные коллекторы" src="/upload/medialibrary/149/149e2969ddf9d9f4f472f949e9443767.jpg" height="457" loading="lazy" title="обогрев солнечными коллекторами"><br> </p> <p> Постепенно вода в теплоаккумуляторе начинает остывать и тогда в батарее снижается температура. Поддерживать ее постоянный температурный режим способен узел смешения, в состав которого входит трехходовой термостатический клапан и дополнительный циркуляционный насос. </p> <h2><a name="8"></a>Экономичность солнечных коллекторов для отопления</h2> <a name="777"></a> <p> До того как сделать окончательный выбор, необходимо выяснить насколько выгодным является обогрев солнечными коллекторами. Например, отапливаемая площадь дома, расположенного на юге страны, составляет 155 кв. м. С учетом теплого климата и качественного утепления для обогрева будет достаточно мощности отопительной системы, равной 15 кВт, а значит, суточное энергопотребление равно 15х24=360 кВт/ч. </p> <p> Прежде всего, нужно узнать площадь коллекторов. Известно, что квадратный метр поверхности Земли на данной широте получает около 5 кВт/ч тепла в сутки. В холодные месяцы инсоляция понижается до 4 кВт·ч/кв.м. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="эффективность солнечных коллекторов" src="/upload/medialibrary/6b7/6b726512ff90e5bde8f18b38fc9befe0.jpg" height="471" loading="lazy" title="солнечные отопительные коллекторы"><br> </p> <p> Исходя из КПД коллектора с одного «квадрата» его площади можно получить в сутки максимум 4х0,8=3,2 кВт·ч энергии. Это означает, что площадь коллекторов не может быть меньше 360:3,2=112,5 кв. м.<a name="777"></a> </p> <p> Поскольку цена одного источника солнечной энергии довольно высокая, расчет солнечного коллектора для отопления показывает, что покупка такого оборудования обойдется в значительную сумму. Кроме этого, нужно помнить, что приобретение теплоаккумулятора, узла смешения и монтаж разводки также стоит денег. </p> <blockquote> <p> Подобные системы теплоснабжения энергозависимы, ведь насосное оборудование постоянно расходует электричество. Помимо этого, в сильные холода в ночное время без дополнительных генераторов тепла, таких как, например, электро- или твердотопливный котел не обойтись. Они не дадут замерзнуть теплоносителю. </p> </blockquote> <h2><a name="9"></a>Период окупаемости гелиосистемы</h2> <a name="777"></a> <p> Понять, как быстро окупаются дорогостоящие солнечные коллекторы, поможет несложный расчет. Например, это будет плоское устройство площадью 2 «квадрата» суточной производительностью 6,4 кВт·ч тепла. </p> <p> Когда главным источником тепловой энергии является электрокотел, то выработанный им киловатт-час обойдется в 5 рублей (согласно ценам 2017 года), а это означает, что ежесуточно экономия на электропитании при эксплуатации плоского устройства составит 6,4х5=32 рубля, а срок окупаемости при цене устройства 20 тысяч – 625 дней (20000:32=625). </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="отопление с помощью солнечных коллекторов" src="/upload/medialibrary/721/7211a1d5746cab46b2c7bab95dbd92b0.jpg" height="409" loading="lazy" title="эффективность солнечных коллекторов"><br> </p> <p> Когда основной источник тепла – газовый агрегат, киловатт-час энергии будет стоить 0,7 рубля, а суточная экономия - 6,4х0,7 = 4,48 рубля. Период окупаемости увеличится до 4464 дней или 12 лет. Если учесть, что средний срок эксплуатации коллектора составляет не больше 15 лет, то можно сделать вывод, что в данном случае гелиосистема не окупится никогда. </p> <h2><a name="10"></a>Подведение итогов</h2> <a name="777"></a> <p> С учетом эффективности солнечных коллекторов становится ясно, что обогрев дома только с их использованием, будет стоить дорого по сравнению с другими способами теплоснабжения жилья. Более выгодным получится отопление с применением инверторных кондиционеров, таких как тепловые насосы, которые на каждый киловатт мощности способны перекачать в здание около 5 киловатт тепла. </p> <p style="text-align: center;"> <img width="640" alt="эффективность солнечных коллекторов" src="/upload/medialibrary/591/5911130ae07a3cc898d8c0f27afb223d.jpg" height="424" loading="lazy" title="отопление с помощью солнечных коллекторов"><br> </p> <p> Источниками энергии для них являются грунт, воздух на улице и вода из никогда не замерзающих водоемов. Можно задействовать солнечный коллектор в качестве отопительного оборудования при отсутствии магистрального газоснабжения.<a name="11"></a> </p> <p> </p> <div align="center"> <div class="video-wrapper"> <div class="video-responsive"> <iframe title="Солнечное отопление дома в 20 раз дешевле типичного (как его сделать своими руками)" width="640" height="360" src="https://www.youtube.com/embed/9DTEyuhHZMU?feature=oembed" loading="lazy" frameborder="0" allow="autoplay; encrypted-media" allowfullscreen=""> </iframe> </div> </div> </div> <br> <p> </p>