Солнечный коллектор для отопления: особенности устройства

Устройство вакуумного коллектора

Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:

  • тепловая изоляция с помощью вакуума;
  • использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.

Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.

Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.

Общие замечания

Все вышеперечисленное относится к дорогим и качественным солнечным коллекторам. Между тем на российском рынке сейчас появилось большое количество систем от разных производителей. Какие же бывают солнечные коллекторы и что лучше выбрать? Как не обмануться в ожиданиях и выбрать правильный вариант?

Плоские солнечные коллекторы:

Плоские солнечные коллекторы бывают европейские, российские и китайские. Размеры могут отличаться, мощность оценивается стандартно по площади коллектора.

1. Европейские. Обычно поставляются из Германии, реже из Италии или других европейских стран. Практически у всех производителей коллекторы отличаются высоким качеством изготовления и максимально возможной для плоских коллекторов эффективностью. Цена высокая.

2. Российские. Качество зависит от производителя. Самые лучшие образцы все же уступают европейским моделям. Худшие сопоставимы с дешевыми китайскими вариантами. Эффективность тоже варьирует. Перед установкой лучше запрашивать отзывы по данному типу коллекторов и оценивать применимость к своему проекту. Цена средняя.

3. Китайские. Качество зависит от производителя. Лучшие образцы от известных фирм уступают европейским моделям и сопоставимы с российскими. Бывают дешевые плоские коллекторы без бренда — качество обычно низкое и эффективность тоже, хотя применять их в системах нагрева воды возможно. Цена низкая.

Вакуумные солнечные коллекторы:

Вакуумные солнечные коллекторы поставляются почти исключительно из Китая, в России не производятся. В Европе производятся в сравнительно небольшом объеме, но в Россию практически не поставляются.

1. С нагревательными трубками. Наиболее распространенный тип вакуумных коллекторов. Внутри стеклянных вакуумных трубок находятся специальные медные трубки, которые передают энергию теплоносителю. Качество варьирует от очень высокого у лучших заводов Китая до очень низкого у мелких и кустарных производств. Высококачественные коллекторы отличаются большой прочностью стекла и повышенным уровнем поглощения солнечной энергии за счет специальных селективных нанопокрытий. Трубки низкокачественные отличаются хрупкостью и слабым уровнем поглощения тепла. Визуально отличить качественные от некачественных трудно, поэтому следует ориентироваться на известные бренды. Самым крупным производителем вакуумных коллекторов в Китае является компания Himin Solar, чья продукция отличается максимально высоким качеством.

2. С U-трубками. В этих коллекторах солнечная энергия передается по медным мини-контурам (U-трубкам), расположенным внутри каждой стеклянной колбы. В сравнении с нагревательными трубками это дает повышение эффективности на 10-15%. Производство таких коллекторов более технологично, поэтому обычно это качественные солнечные коллекторы, которые производят известные фирмы, крупнейшей из которых является Himin Solar.

Основная рекомендация

Если Вам нужно только горячее водоснабжение — можно выбрать как плоский так и вакуумный солнечный коллектор. У вакуумного коллектора только будет выше эффективность зимой и в пасмурную погоду.

Для отопления в российском климате следует использовать только вакуумные коллекторы.

Помните, что волшебства не бывает и независимо от типа коллектора требуется дополнительный источник энергии на случай длительной пасмурной погоды.

А самое главное, не покупайте продукцию сомнительного производства и неизвестного качества, доверяйте только известным брендам.

Эта статья прочитана 5514 раз(а)!

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

  1. Летний вариант для горячего водоснабжения
  2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.


Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

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

Плоские

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

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

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Несложная конструкция

Большой количество теплопотерь через корпус

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

Вакуумные

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

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

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

Достоинства

Недостатки

Высокая эффективность

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

 

Большой выбор видов

 

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

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

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

В этой формуле используются следующие значения:

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

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

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

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

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

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

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

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

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

 

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

  • Солнечный абсорбер(панель).
  • Резервуар-накопитель.
  • Узлы подачи и слива воды.
  • Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

  • Приобретение энергонезависимости.
  • Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
  • Доступность.
  • Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
  • Отсутствие грязи и отходов.
  • Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
  • Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Чертежи конструкций

Приступаем к работе

Прежде чем сооружать солнечный коллектор, необходимо произвести соответствующие расчеты и определить, как много энергии он должен производить. Но от самодельной установки ждать высокого КПД не стоит. Сориентировавшись, что его будет достаточно – можно приступать.

Работу можно поделить на несколько основных этапов:

  1. Изготовить короб
  2. Изготовить радиатор или теплообменник
  3. Изготовить аванкамеру и накопитель
  4. Собрать коллектор

Чтобы изготовить коробку под солнечный коллектор своими руками, следует заготовить обрезную доску толщиной 25-35 мм и в ширину 100-130 мм. Дно ее следует сделать текстолитовым, оснастив его ребрами. Оно также должно быть хорошо теплоизолированное при помощи пенопласта (но предпочтение отдают минеральной вате), накрытого оцинкованным листом.

Еще 4 эффективных способа альтернативного отопления дома

О которых вы можете узнать в нашей следующей статье

Подготовив короб, настает пора мастерить теплообменник. Следует придерживаться инструкции:

  1. Необходимо подготовить 15 тонкостенных металлических трубок длиной 160 см и две дюймовые трубы длиной 70 см
  2. В обоих утолщенных трубках сверлятся отверстия диаметра меньших трубок, в которые они будут устанавливаться. При этом нужно следить за тем, чтоб они были по одной стороне соосны, максимальный шаг между ними 4.5 см
  3. Следующий этап – все трубки нужно собрать в единую конструкцию и надежно сварить
  4. Теплообменник монтируется на лист оцинковки (ранее прикрепленный к коробу) и фиксируется при помощи стальных хомутов (можно сделать металлические зажимы)
  5. Днище короба рекомендуют покрасить в темный цвет (например, черный) – он будет лучше поглощать солнечное тепло, но чтобы снизить тепловые потери, внешние элементы красятся белым
  6. Завершить монтаж коллектора необходимо установкой покровного стекла около стенок, при этом не забыв о надежной герметизации стыков
  7. Между трубками и стеклом оставляется расстояние, равное 10-12 мм

Остается соорудить накопитель под солнечный коллектор. Его роль может исполнять герметичная емкость, объем которой варьируется около 150-400 л. Если найти одну такую бочку не удается, можно сварить между собой несколько небольших.

Как и коллектор, накопительный бак основательно изолируют от потерь тепла. Остается изготовить аванкамеру – небольшой сосуд объемом 35-40 л. Он должен оснащаться падающим воду устройством (шарнирным краном).

Остается самый ответственный и важный этап – собрать коллектор воедино. Сделать это можно таким образом:

  1. Вначале необходимо установить аванкамеру и накопитель. Необходимо следить, чтоб уровень жидкости в последнем был на 0.8 м ниже, чем в аванкамере. Так как воды в таких устройствах может собираться немало, необходимо продумать, каким образом они будут надежно перекрываться
  2. Коллектор размещается на крыше дома. Исходя из практики, рекомендуется делать это на южной стороне, наклонив установку под углом 35-40 градусов к горизонту
  3. Но нужно учитывать, что между накопителем и теплообменником расстояние не должно превышать 0.5-0.7 м, иначе потери будут слишком существенны
  4. В конце должна получиться следующая последовательность: аванкамера обязана располагаться выше накопителя, последний – выше коллектора

Наступает самый ответственный этап – необходимо соединить все составляющие воедино и подключить к готовой системе водопроводную сеть. Для этого потребуется посетить магазин сантехники и приобрести необходимые фитинги, переходники, сгоны и прочую запорную арматуру. Высоконапорные участки рекомендуют соединять трубой диаметром 0.5 дюйма, низконапорные – 1 дюйм.

Введение в эксплуатацию выполняется следующим образом:

  1. Установка заполняется водой посредством нижнего дренажного отверстия
  2. Подсоединяется аванкамера и регулируются уровни жидкости
  3. Необходимо пройтись вдоль системы и проверить, чтобы не было утечек
  4. Все готово к повседневной эксплуатации

Коллекторы из подручных материалов

Собрать солнечный коллектор для отопления дома своими руками и дешевле и интереснее, ведь изготовить его можно из различных подручных материалов.

Из металлических труб

Этот вариант сборки походит на коллектор Станилова. При сборке солнечного коллектора из медных труб своими руками, из труб варится радиатор и помешается в деревянный короб, проложенный изнутри теплоизоляцией.

Такой самодельный коллектор не должен быть чересчур большим, чтобы его было легко собрать и монтировать. Диаметр труб на солнечные коллектора для сварки радиатора должен быть меньше, чем у труб для ввода и вывода теплоносителя.

Из пластиковых и металлопластиковых труб

Как сделать солнечный коллектор своими руками, имея в домашнем арсенале пластиковые трубы? Они менее эффективны в качестве теплонакопителя, однако в разы дешевле меди и не коррозируют как сталь.

С укладкой труб можно экспериментировать. Так как трубы плохо гнутся, их можно укладывать не только по спирали, а и зигзагом. Среди преимуществ, пластиковые трубы легко и быстро поддаются пайке.

Из шланга

Чтобы сделать солнечный коллектор для душа своими руками понадобится резиновый шланг. Вода в нем нагревается очень быстро, поэтому его тоже можно использовать в качестве теплообменника. Это самый экономичный вариант при изготовлении коллектора своими руками. Шланг или полиэтиленовая труба укладывается в короб и прикрепляется хомутами.

Так как шланг скручен по спирали, в нем не будет происходить естественная циркуляция воды. Чтобы использовать в данной системе ёмкость для накопления воды, необходимо оснастить её циркуляционным насосом. Если это дачный участок и горячей воды уходит немного, то того её количества, которое буде поступать в трубу, может оказаться достаточно.

Из банок

Теплоносителем солнечного коллектора из алюминиевых банок выступает воздух. Банки соединяются между собой, образуя трубу. Чтобы сделать солнечный коллектор из пивных банок нужно обрезать днище и верх каждой банки, состыковать их между собой и склеить герметиком. Готовые трубы помещаются в деревянный короб и накрываются стеклом.

В основном, воздушный солнечный коллектор из пивных банок используют для устранения сырости в подвале или для обогрева теплицы. В качестве теплонакопителя можно использовать не только пивные банки, а и пластиковые бутылки.

Из холодильника

Солнечные водогрейные панели своими руками можно соорудить из непригодного холодильника или радиатора старого авто. Конденсатор, извлеченный из холодильника, надо хорошо промыть. Горячую воду, полученную таким способом, лучше использовать только для технических целей.

На дно короба расстилается фольга и резиновый коврик, потом на них укладывается конденсатор и закрепляется. Для этого можно применить ремни, хомуты, либо то крепление, которым он был прикреплен в холодильнике. Для создания давления в системе не помешает установить над баком насос или аквакамеру.

Видео

Вы узнаете, как сделать солнечный коллектор своими руками, из следующего видео.

5 Правила выбора

У всех видов таких устройств есть свои достоинства и недостатки

Выбирая подходящий для конкретных нужд коллектор, нужно обращать внимание на следующие нюансы:

  • Выгоднее всего размещать панели на южной стороне дома или с отклонением от неё на 30 градусов или менее. Если планируется круглогодичное пользование тепловым отоплением, лучше подобрать угол установки, равный географической широте местности.
  • Если поставить устройство вертикально, с него не придётся счищать снег, но КПД может значительно понизиться.
  • Перед тем как коллектор приобретён, нужно составить проект всей схемы отопления, а также предусмотреть оптимальный способ крепления к крыше. Нередко для этого требуются дополнительные каркасы. Желательно предоставить все работы по составлению планов специалистам в этой области.
  • Использование плоских моделей не всегда оправдано. Они куда более прочны, чем прочие разновидности, но при поломке их нужно менять целиком. Этот тип коллекторов может нагревать воду на 20−40 градусов выше температуры за окном.
  • Вакуумные коллекторы куда более хрупкие, чем плоские: отдельные трубки повреждаются довольно легко. Но, заменив одну колбу, можно полностью вернуть функциональность всему устройству, именно поэтому их ремонт требует меньших финансовых затрат. Зимой они куда эффективнее плоских, так как лучше собирают солнечную энергию и дольше её сохраняют.
  • Коллекторы с воздухом в качестве теплоносителя куда хуже прогревают дом, чем остальные варианты. Однако они отличаются долгим сроком службы и куда реже выходят из строя, практически не требуя ремонта.
  • У вакуумных коллекторов количество энергии, преобразованной в тепло, прямо пропорционально размерам их трубок. Лучше использовать трубки с шириной 6 сантиметров и длиной 2 метра. Если они будут уже и короче, это увеличит расход энергии. Чтобы производство тепла было более эффективным, внутри должна быть специальная вставка — прямая или в виде буквы U.

Следует также учесть, что мощность, указанная производителем, является номинальной и рассчитывается при ярком солнце, находящемся в зените. Ранним утром и вечером она будет падать, а ночью должна использоваться энергия, накопленная за день. Поэтому важна и мощность всей системы, и количество тепла, которое она сохраняет. Особенно это существенно для моделей с водой в качестве теплоносителя.

Дата: 25 сентября 2020
Напишите комментарий

Adblock
detector