Солнечные нагреватели воды — экономная энергия

Бесплатное тепло зимой: миф или реальность?

Вакуумные солнечные системы, обладающие наиболее высоким КПД, позволяют пользоваться горячей водой и теплом круглогодично, не тратя на это семейный бюджет. В холодное время года, если мощности установки недостаточно для полного обеспечения потребности в горячей воде, на помощь такой системе приходит возможность подогревать воду в баках ТЭНами. Однако и в таком случае использование гелиосистемы дает существенную экономию средств. Приобретение качественной установки – отличная инвестиция в собственное будущее. Главное – правильно рассчитать мощность и учитывать особенности при монтаже системы, зная, как работает солнечный коллектор зимой. Установки других типов (к примеру, достаточно распространенные плоские панели), являясь более бюджетными вариантами, не обеспечивают нормальную подачу тепла в холодное время. Особенно обманчиво использование самодельного солнечного коллектора зимой. Его мощности недостаточно для работы в пасмурные дни, не говоря уже об отрицательных температурах. Отсутствие вакуума (в отличие от качественных заводских установок) вызывает значительные теплопотери, снижая эффективность работы такого устройства зимой. При отрицательной температуре вода, используемая в качестве теплоносителя, в самодельных коллекторах замерзает, делая дальнейшее использование установки невозможным. Солнечный коллектор зимой, созданный своими руками, обеспечивает невысокую эффективность и в случае, когда вместо воды используется антифриз. Изучить поведение такой установки в течение определенного времени можно, исследуя солнечный коллектор на видео зимой. Такой инструмент позволяет точно понять, как быстро с гелиосистемы сходит снег, посчитать количество дней в сезон, когда работа коллектора практически невозможна из-за осадков, что в сочетании с исследованием колебания температуры позволит оценить эффективность и возможность использования в холодную пору. Таким образом, эксплуатация гелиоустановки зимой позволяет снизить нагрузку на отопительную систему, уменьшить расход газа, электричества и других источников энергии, дает возможность обогревать помещение и пользоваться горячей водой без значительных затрат на оплату коммунальных платежей. Солнечный коллектор зимой – экономное и экологичное средство отопления!

Способы использования солнечной энергии

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)

Обзор солнечных водонагревателей на рынке: производители и модели

Широкое применение на практике таких водонагревателей наблюдается во многих европейских странах: Израиле, Турции, Саудовской Аравии, Китае и др. Поскольку распространение данного вида продукции активно возрастает, то соответственно увеличивается и количество компаний, которые занимаются изготовлением солнечных водонагревателей и предоставляют услуги по их монтажу и обслуживанию.

Ниже приведен список топ производителей, которые вышли на мировой рынок:

1. Sunrain Solar Energy Co., Ltd. – Китай, имеет полный цикл производства данного оборудования и их комплектующих.
2. Viessmann – Германия, выпускает две модели нагревателей: Vitosol 200 и Vitosol 300. Отличие состоит в разном строении узла нагрева.
3. Buderus – Германия. Модельный ряд представлен тремя возможными исполнениями – SKR6, SKR12, SKR21.
4. Ariston – Италия. Модель вакуумного коллектора KAIROS VT выпускается двух видов – на 15 или 20 трубок.
5. Ferroli – Италия. Коллектор Ecotube представлен в одной модели.
6. Vaillant – Германия. Модели их производства выпускаются по 6 или 12 трубок, которые можно формировать в блоки для повышения производительности.

Приобретая продукцию производителей с мировым именем, можно быть уверенными в качестве товара и гарантиях, которые даются на само оборудование и его дальнейшее обслуживание. Цена, соответственно, будет также на уровне.

В любом случае, при выборе солнечного водонагревателя необходимо обращать внимание на такие технические параметры:

• оптическое КПД;
• коэффициенты тепловых потерь;
• площадь коллектора;

С помощью этих показателей можно оценить энергетическую эффективность водонагревателя. Если такая информация отсутствует, то оценить работу приобретаемого оборудования невозможно и все подводные камни будут обнаружены уже непосредственно во время эксплуатации и после определенных капиталовложений, которые могут быть просто неоправданными.

https://youtube.com/watch?v=uYl89R0tco0

Где гелиоустановка будет наиболее эффективна

В вопросе замены отопления гелиоустановкой нужно учитывать ряд факторов, влияющих на ее эффективность.

Во-первых, необходимо правильно выбрать тип гелиосистемы. В этом вопросе следует учитывать площадь помещения и его предназначение. Чаще всего это частный дом, в котором проживает семья из 4-5 человек.

Во-вторых, внимательно просчитать потребности в тепле, исходя из максимального потребления в холодное время года. Сопоставить эти цифры с количеством вырабатываемой энергии 1 кв. м гелиоустановки. Останется рассчитать площадь солнечной конструкции, способной справиться с отоплением конкретного помещения.

Полученная величина станет основным фактором при определении места размещения системы. Обычно владельцы домохозяйств предпочитают использовать крышу или стену дома. Редко используют придомовой участок или крышу гаража. Иногда сооружают специальные подставки для монтажа установки.

Сооружение специальных подставок для монтажа гелиосистем позволяет максимально удобно разместить их на придомовой территории

Важно, чтобы ничего не препятствовало свободному проникновению солнечных лучей на поглощающую свет поверхность. Выбирать нужно южную, юго-восточную или юго-западную стену или часть крыши

Определившись, где будут размещаться солнечные панели, предстоит провести предварительную подготовку жилища:

• Освободить пространство. Вырубить лишние насаждения, если они мешают.
• Укрепить крышу. Здесь нужно не забывать о том, какой вес будет у предполагаемой конструкции.
• Дополнительно утеплить здание. Ведь бессмысленно отапливать улицу.

В-третьих, необходимо решить вопрос: покупать или соорудить систему отопления самостоятельно. Все зависит от финансовых возможностей и желания потратить время на изготовление конструкции.

Выбрав второй вариант, нужно разобраться с принципом работы нужной системы, чтобы правильно все собрать.

Ставим солнечный водонагреватель своими руками

Солнечный водонагреватель – просто незаменимый прибор в дачном домике и частном доме. Если сделать нагревательный прибор требуемого объема, то горячей воды будет вполне достаточно. Единственным недостатком подобного устройства считается то, что оно может работать только при наличии достаточного количества солнечного света. Самым простым видом водонагревателя будет устройство, выполненное из пластиковых бутылок, в котором вода будет нагреваться от солнца.

Солнечный водонагреватель прекрасно подойдет для дачи и частного дома

Для изготовления водонагревателя, нужно подготовить:

• Бак;
• Проточный насос;
• Радиаторы;
• Трубы;
• Утеплитель.

Нужно соединить бак с насосом и трубами для подачи холодной воды. Также трубы присоединить к крану горячей воды. Обязательно нужно утеплить бак, чтобы вода как можно дольше оставалась горячей. Помимо этого, на крыше дома нужно установить солнечные радиаторы и присоединить их к баку, чтобы обеспечить постоянный нагрев воды.

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга — простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать — дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб — невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Принцип действия солнечного водонагревателя

Современные нагреватели действуют в качестве оборудования для переработки солнечного света в тепловую энергию. Они, способны отопить дом и обеспечить нагрев воды преимущественно в солнечных районах, при условии, что установлены на большой открытой площади.

Существует много типов солнечных нагревателей, но принцип работы у всех один. Все системы состоят из контура с последовательным размещением приборов, которые передают тепловую энергию. Основой аппарата являются солнечные батареи, работающие за счёт солнечных коллекторов.

Коллектор представляет собой совокупность соединённых между собой труб. По ним циркулирует вода, незамерзающая жидкость или обычный воздух, которые обеспечивают охлаждение механизма. Циркуляцию провоцируют испарения и изменение давления внутри системы.

Накапливание энергии обеспечивается специальными абсорберами. Абсорбер – железная пластина, присоединённая к трубам, с зачернённой поверхностью.

При изготовлении крышки водонагревателя используют материал, который способен без проблем пропускать солнечный свет (обычно это ударопрочное стекло). Материалы из различных полимеров могут плохо переносить прямое попадание ультрафиолетовых лучей, поэтому при их использовании устанавливается качественная охладительная система (в основном используется антифриз).

Если аппарат устанавливается для отопления небольшого помещения без собственной отопительной системы, то сооружается небольшая одноконтурная конструкция. Стоит отметить, что работать она будет только солнечным летом. В случае с установкой нагревателя в двухконтурные конструкции, следует учитывать, что коллектор будет обрабатывать только один контур. Основная нагрузка будет возлагаться на встроенную в помещение отопительную систему.

Несмотря на зависимость подобного типа нагревателей от солнечной летней погоды, востребованность на рынке с каждым годом растёт. Своё признание они нашли у людей, стремящихся использовать природную энергию по максимуму.

Коллектор Станилова

Инженер Станислав Станилов представил миру самую универсальную конструкцию солнечного коллектора. Основной идеей использования разработанного им устройства является получение тепловой энергии за счет создания парникового эффекта внутри коллектора.

Конструкция коллектора

Конструкция этого коллектора очень проста. По сути, это солнечный коллектор из стальных труб, сваренных в радиатор, который помещён в деревянный контейнер, защищённый теплоизоляцией. В качестве теплоизоляционного материала могут выступать минеральная вата, пенопласт, понополистирол.

На дно коробки кладется оцинкованный металлический лист, на который монтируется радиатор. И лист, и радиатор окрашиваются в чёрный, а сама коробка покрывается белой краской. Разумеется, контейнер накрывается стеклянной крышкой, которая хорошо герметизируется.

Материалы и детали для изготовления

Для сооружения такого самодельного солнечного коллектора для отопления дома понадобится:

• стекло, которые будет служить в качестве крышки. Размер его будет зависеть от габаритов короба. Для хорошей эффективности лучше подбирать стекло размером 1700 мм на 700 мм;
• рама под стекло – её можно сварить самостоятельно из уголков или сколотить из деревянных планок;
• доска для короба. Тут можно использовать любые доски, даже с разборки старой мебели или дощатого пола;
• прокатный уголок;
• соединительная муфта;
• трубы для сборки радиатора;
• хомуты для крепления радиатора;
• лист оцинкованного железа;
• приёмная и выпускная труба радиатора;
• бак объемом 200−300 литров;
• аквакамера;
• теплоизоляция (листы пенопласта, пенополистирола, мин. вата, эковата).

Этапы работ

Этапы изготовления коллектора Станилова своими руками:

1. Из досок сколачивается контейнер, дно которого укрепляется брусьями.
2. На дно укладывается теплоизолятор. Основание должно быть особенно тщательно утеплено, чтобы избежать утечки тепла у теплообменника.
3. После на дно короба устраивают оцинкованную пластину и устанавливают радиатор, который сваривается из труб, и закрепляют его стальными хомутами.
4. Радиатор и лист под ним окрашиваются в черный цвет, а короб – в белый или серебристый.
5. Бак с водой должен быть установлен под коллектором в теплом помещении. Между ёмкостью для воды и коллектором нужно устроить теплоизоляцию, чтобы трубы находились в тепле. Бак можно поместить в большую бочку, в которую можно засыпать керамзит, песок, опилки и т.д. и таким образом утеплить.
6. Над баком нужно установить аквакамеру для того чтобы в сети создавалось давление.
7. Монтаж солнечного коллектора своими руками нужно осуществлять на южной стороне кровли.
8. После того как все элементы системы готовы и установлены, нужно соединить их в сеть полудюймовыми трубами, которые должны быть хорошо утеплены, дабы уменьшить теплопотери.
9. Неплохо будет соорудить и контроллер для солнечного коллектора своими руками, так как заводские устройства эксплуатируются недолго.

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Насколько выгодны солнечные коллекторы

Окупаемость таких устройств зависит от широты использования. В южных районах, где много солнца, они выгодны. Но на уровне 52 параллели у нас они уже не окупаются, если используются для отопления (зимой солнца мало), но окупаются и севернее, если используются для ГВС в межсезонье и летом.

В Европе, например, где газ дороговат, а техника дешевая, коллектора однозначно выгодны для отопления, даже в северных районах.

У нас точно выгодными оказываются наиболее дешевые летние солнечные коллектора, которые можно изготовить буквально из подручных материалов, или которые сделаны «полукустарно» на местных производствах.

Они используются для подогрева воды в бассейне, летнего душа, ГВС в доме и отопления домов в межсезонье. В зимних условиях дешевые (самодельные) коллектора не могут соперничать по КПД с заводскими, становятся скорее охладителями, поэтому не используются.

О вакуумном накопителе

Солнечный нагреватель воды, функционирующий таким способом, в конструктивной части имеет вакуумный коллектор. Его принцип работы аналогичен устройству термоса.

В его состав входят 2 трубки, между которыми находится вакуум. Стеклянная трубка расположена снаружи, а внутри – медная, вторая является герметичной, и в ней происходит циркуляция жидкости. Вакуум и медь совместно обладают свойством нагревать воду даже при температуре 30. Пар, поднимаясь, обеспечивает теплоприемник энергией, а далее происходит перераспределение температуры по теплоносителям. После этого жидкость, остывая, направляется вниз, и рабочий цикл повторяется.

Основным преимуществом использования батареи является замена конструктивных элементов без проведения ремонта, что говорит об удобстве при обслуживании. Так как в подобных системах теплоноситель проходит напрямую, то без искусственной остановки вряд ли получится обойтись. Зато КПД достигает почти 80%.

Альтернативная энергетика

На сегодняшний день существует достаточно большое количество различных гелиоустановок. Отдельные модели имеют существенные конструктивные различия, которые, впрочем, никоим образом не влияют на принцип работы. То есть, основная цель их применения – сбор и превращение солнечной энергии в тепловую. При этом установки показывают на самом деле высокую эффективность работы. В частности, в полдень при максимальном поглощении коллектором солнечной энергии он способен выдавать до 1500 кВт. Особенно радует то, что отопление загородного дома солнечными коллекторами показывает вполне приемлемый уровень работы даже в относительно пасмурный день.

Принцип работы солнечного коллектора

Работает система, основываясь исключительно на отдельных законах физики. В частности – солнечные лучи, попадая на специальную поверхность коллектора, преобразовываются в тепловую энергию, которая накапливается в системе. Многие сомневаются что система, КПД которой составляет приблизительно 60-65%, способна составить на самом деле должную конкуренцию более мощным отопительным системам. Но они не правы. Да, в коллекторе, в аккумуляторе и в трубах происходит частичная потеря энергии – но, тем не менее, она весьма незначительна. С другой стороны, как говорят отзывы, даже такой «невысокий» КПД вполне способен помочь создать максимально комфортные условия в помещении.

Такое простое устройство помогает выполнить примерно 50% работы обычной отопительной системы. То есть, установка гелиоколлектора и дополнение его каминами, работающими на твердом топливе (преимущественно это дрова) полностью решает проблему отопления отдельного дома. Для более продуктивной работы установку следует дополнить насосом. Однако его ресурсопотребление в среднем не превышает 400 кВт/часов в год.

Солнечные коллекторы получили широко распространение во многих странах мира