Солнечный коллектор — достоинства и недостатки, перспективы

Идеи о том, как сэкономить, но при этом иметь все блага цивилизации на приусадебном участке без централизованного электро- и водообеспечения, не дают «самоделкиным» покоя. Но зачастую, когда речь заходит об инженерном оборудовании, работающем на «зелёной» энергии, то застройщики от него отмахиваются. Мол, всё это не подходит для наших широт и суровых природных условий с коротким летом, частыми дождями и небольшим количеством по-настоящему жарких дней. Однако опыт пользователей FORUMHOUSE говорит об обратном.

Из этой статьи вы узнаете:

• Как своими руками собрать недорогой гелиоколлектор.
• Есть ли экономическая выгода от солнечного коллектора, установленного в Подмосковье.

Что такое

Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:

• Владелец установки бесплатно получает солнечную энергию, которую может потом распределить по дому.
• Процесс получения и преобразования энергии экологичен и не наносит вреда планете.
• Энергия солнце неиссякаема, поэтому владелец установки всегда может быть уверен в ее получении.
• По сравнению с другими установками альтернативного получения энергии, стоимость коллектора невысокая.

Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы — результат работы зависит от погоды.

В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.

Из чего состоит и как работает солнечный коллектор

Каждый солнечный коллектор включает в себя следующие элементы:

• коллектор для сбора энергии;
• насосы для циркуляции;
• трубопровод, где происходит циркуляция теплоносителя;
• система управления за установкой;
• теплоноситель;
• бойлер.

Гелиоустановка совместима с водонагревателями и газовыми котлами. Дополнительно монтируют теплосчетчик, который помогает вычислить выработанную энергию и подсчитать реальную экономию киловатт.

1.Солнечный коллектор. 2. Буферный бак. 3. Горячая вода. 4. Холодная вода. 5. Котроллер. 6. Теплообменник. 7. Помпа. 8. Горячий поток. 9. Холодный поток.

Вакуумная модификация

Устройство содержит в своей конструкции множество трубок, изготовленных из меди. Они располагаются равномерно рядами. Трубка, содержащая вещества с поглощающим и отражающим эффектом, устанавливается в большую по диаметру стеклянную трубку-колбу.

Между их стенками остается пространство с вакуумом. Он играет роль теплоизолятора и проводника энергии. У вакуумных коллекторов площадь поглощения солнечной энергии больше, а поэтому они обладают высоким КПД.

Разновидности

Все устройства можно поделить на 2 категории: по принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. При выборе гелиоустановки всегда необходимо выбирать исходя из параметров использования. В зависимости от конструкции, отличается способ эксплуатации и обслуживания оборудования.

Коллекторы с встроенным баком

Моноблочные установки предназначены для работы в период весна-осень. В зимние месяцы их отключают. Модели со встроенным баком легкие в монтаже и использовании. Все что необходимо — подключить его к системе водоснабжения.

Принцип работы:

1. солнечные лучи попадают на поглощающую панель (абсорберум);
2. полученная энергия передается в змеевик, который расположен в баке;
3. тепловая энергия передается от теплоносителя к воде.

В хороший солнечный день, такой коллектор может нагреть до 200 литров воды. Коллекторы с встроенным баком работают без давления, поэтому монтаж производят в наивысшей точке — крыша дома. Делается этого чтобы обеспечить необходимый напор воды.

Такие установки пользуются широким спросом, из-за простоты использования и легкого монтажа. Чаще всего их используют для летних домов и дачных участков.

Основной принцип работы — циркуляция воды. Теплая вода вверху, холодная снизу. При монтаже важно установить емкость для жидкости выше коллектора.

Гелиосистемы с выносным баком

Такие типы коллекторов могут работать круглый год. Единственное условие, температура не должна падать ниже -50 градусов. Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, а в качестве теплоносителя — антифриз.

Принцип работы:

1. поглощающая панель получает тепло и передает его в теплоноситель;
2. под давлением, теплоноситель поступает в теплообменник бака накопителя;
3. когда антифриз проходит по змеевику, он нагревает воду.

Такие гелиосистемы работает с подключением к насосной группе. Управление производится автоматически.

Достоинством солнечного коллектора с выносным баком является возможность получения энергии круглый год, при определенных условиях. Однако такие установки требуют подключения дополнительного оборудования, и работа коллектора зависит от электричества — его отключение может сказаться на работе установки.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Галерея изображений

Фото из

Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы

Шаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цвет

Шаг 3: Установка подводов для воздуха

Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Виды

В зависимости от работы можно выделить следующие вид гелиоустановок — плоская, вакуумная, воздушная. Рассмотрим подробнее каждый их них.

Плоские

Панель является воздухонепроницаемой и состоит из нескольких элементов:

• Поглощающая пластина или абсорбер напрямую связан с теплопроводящей системой. Покрыт черной краской или специальным покрытием.
• Прозрачное покрытие сделано из поликарбоната или из закаленного стекла с низкой содержанием металлов.
• Термоизолирующий слой. Трубки теплоносителя изготавливают из меди или сшитого полиэтилена.

Принцип работы простой — абсорбер нагревается и передает тепло змеевику, в котором находится теплоноситель. Установка простая в монтаже и использовании.

Преимущества:

• невысокая стоимость;
• возможность устанавливать систему под любым углом;
• высокий КПД в теплое время года;
• не нужно вручную очищать установку от снега и инея.

Единственным весомый минус системы — высокий уровень тепловых потерь. Чтобы минимизировать потери используют утеплители, например, винвату. Однако и это не лучший способ, если температура внутри корпуса и снаружи сильно отличается. Поэтому такие установки малоэффективны для работы в холодное время года.

Вакуумный

Вакуумный или трубчатый коллектор имеет более сложную конструкцию. Панель представляет собой много стеклянных трубок, внутри которых вставлен абсорбер. Каждая трубка полностью вакуумированная, поэтому сохраняет до 97% тепла. Такие коллекторы используют круглый год, они способны эффективно работать при температуре до -37 градусов.

Преимущества:

• низкие теплопотери;
• работа при низким температурах;
• низкая парусность конструкции;
• легкий монтаж.

Недостатки:

• рабочий угол установки 20 градусов;
• необходимо чистить гелиосистемы от снега и инея.

Воздушный

Представляют собой тепловой абсорбер, а в качестве теплоносителя выступает воздух. Принцип работы простой: холодный воздух попадает в систему каналов, нагревается и выходит в систему вентиляционных труб. Там теплый воздух можно распределить в нужном направлении. Достоинства гелиосистемы:

• быстрый нагрев воздуха;
• не нужно использования электричества и газа.

Недостатки:

• Коллекторы работают только при солнечной погоде. При пасмурной погоде эффективность практически нулевая.
• При монтаже необходимо будет высверливать отверстия в стене или крыше, в зависимости от места установки.

Воздушные солнечные коллекторы сейчас получили широкое применение среди владельцев частных домов. Их использование является дополнительным источником отопления и вентиляции воздуха.

Из медных трубок

Коллектор с медным змеевиком, оббитый изнутри листами из этого же материала чрезвычайно эффективный. Пожалуй, самый эффективных из найденных нами в сети. Трубки и полосы спаиваются специальным паяльником-автогеном на швах, стыках, поэтому медный абсорбер — это был самый трудоемкий этап, занявший 2 дня.

Медь почернили, поместив ее в ванну с персульфатом калия:

Корпус утеплили, на заднюю стенку прикрепили фольгу для отражения тепла. Все зазоры тщательно уплотнили:

Конструкцию перенесли на место, для этого ее обернули обычной пищевой пленкой, и только после транспортировки и подключения установили стекло:

Результат: в жарком южном климате под прямыми лучами медь раскалилась, вода нагрелась до кипения, были даже заметные следы плавления полимерных элементов конструкции. Целесообразно в душ с солнечным абсорбером такого типа подмешивать холодную жидкость, для чего предусмотреть отдельную бочку с ней или подачу от крана.

Принцип работы солнечного коллектора

Принцип работы простой — установка преобразует энергию солнце в тепло. Как это работает: поглощающие пластины притягивают и удерживают солнечные лучи, которые в свою очередь нагревают теплоноситель. Пластины имеют черный цвет, так как он не отражает, а поглощает лучи, попадающие на него. С помощью насоса нагретая жидкость передает тепло в бак. В хорошую солнечную погоду гелиосистема способна обеспечить ежедневную потребность в теплой воде.

На эффективную работу влияет:

1. продолжительность дня;
2. уровень облачности;

Чтобы коэффициент эффективности работы коллектора был выше, устанавливают дополнительное оборудование — газовые котлы, тепловые насосы.

Чем заправляют гелиосистемы

Теплоноситель для гелиосистем заправляют в зависимости от вида и условий эксплуатации. Если коллектор работает круглый год, необходимо заправлять незамерзающим составом, если для сезона весна — осень, то подойдет заправка дистиллированной водой.

если коллектор используется зимой, то для заправки подойдет смесь пропиленгликоля с водой и антикоррозийными веществами. Пропорция раствора зависит от условий, в которых используется система:

• при температуре ниже 20 градусов пропорция, следующая — на 10 литров теплоносителя добавляют 6 литров пропиленгликоля;
• при температуре ниже 30 градусов раствор делают в равных пропорциях.

Можно купить сразу готовый антифриз, разведенный в нужных пропорциях.

Важно: нельзя в качестве теплоносителя зимой использовать воду, так как она замерзнет и разорвет трубы. Поэтому в конце сезона воду необходимо слить с установки.

Как работает солнечный коллектор зимой

Возможно, из-за недостоверной информации большой процент населения игнорирует альтернативный способ получения энергии. Самое распространенное ошибочное мнение, что зимой коллектор не может эффективно работать. Но это не совсем так. Основные теории, которые выдвигают противники гелиосистем:

1. Необходимость чистить зимой установку от снега и наледи, чтобы она могла эффективно работать.
2. В пасмурные дни установка бесполезна.
3. При минусовой температуре коллектор не сможет вырабатывать нужное количество энергии.

В данных убеждениях есть доля истины, но не во всем. При выборе коллектор нужно учитывать, где он будет устанавливаться, в какой период времени работать и другие факторы.

К примеру, вакуумные коллекторы продолжают свою работу даже при рассеянном свете. Их эффективность ниже, чем при прямых солнечных лучах, но рабочий процесс не останавливается.

Если панель вакуумного коллектора засыпает снегом, то ее работа снижается на 10-15%, в то время как с плоских гелиоустановок снег сходит самостоятельно.

Появление на коллекторе наледи или инея не мешает процессу, так пропускаемость света остается хорошей.

Обратите внимание: если сравнивать эффективность работы коллектором в зимний и летний период, то эффективность вакуумного падает на 10-15%, а плоского до 40%.

Сколько воды может нагреть солнечный коллектор

Чтобы ответить на этот вопрос нужно учесть несколько факторов: какой сейчас сезон и погодные условия, какой используется способ нагрева. Учитывая все факторов данные могут меняться. На 1 квадратный метр гелиосистемы принято считать следующую возможность нагрева в час:

• 100 литров на 7 C;
• 50 литров на 14 C;
• 25 литров на 28 C;
• 15 литров на 46 C;
• 10 литров на 70 C.

Для большего количество воды устанавливают накопительную емкость.

Где лучше размещать солнечный коллектор

Гелиосистемы работают от энергии солнце, поэтому логично, что их нужно размещать снаружи дома на солнечной стороне участка или крыши. Для монтажа пластин подходят как плоские, так и крыши с наклоном. Коллекторы имеют большой вес, рекомендуется крепить их на несущих балках. В наших широтах рекомендовано устанавливать конструкции на южную сторону. Даже не большое отклонение будет давать меньшую производительность энергии.

Важно установить коллектор под правильным углом, это связано с тем, что солнечные лучи падают на земную поверхность под определенным преломлением. Нужно учитывать следующие факторы:

1. Место расположения. Для южных регионов угол наклона примерно 30-35 градусов, для северных — 40 градусов.
2. Если установка будет использоваться круглый год, то угол примерно равен широте местности. Если только в летнее время — значение увеличивают на 15 градусов, в зимнее — уменьшают на 15 градусов.

Все данные ориентировочные, поэтому лучше делать расчет установки исходя от конкретной местности. В инструкции по эксплуатации будут указаны средние показатели для конкретного коллектора. Нужно выбрать место, чтобы на пластины коллектора не падала тень от деревьев или соседних зданий.

Обратите внимание: лучший вариант — это установки с автоматическим регулированием угла наклона.

Что нужно знать о мощности гелиоустановки

Выбор мощности гелиоустановки зависит от эксплуатации — круглогодичная или сезонная, какой необходим объем вырабатываемой энергии и другие факторы.

Если первостепенной задачей установки является нагрев воды, то можно выбирать системы с более низкой мощностью. Если система будет участвовать в отоплении дома, то мощность нужна выше.

Средний показатель: площадь коллектора в 4-6 квадратных метра хватает, чтобы наполовину обеспечить дом горячей водой. Для полного обеспечения дома тепловой энергией понадобится не меньше 12 квадратных метров системы.

Как защитить гелиоколлектор от перегрева

Перегрев гелиоколлектора приводит к частичной или полной поломки и последующему ремонту. Чтобы этого избежать нужно соблюдать следующих рекомендаций:

1. Правильно рассчитать покрываемую пластинами площадь. Недобросовестные продавцы могут посоветовать покупать большее количество пластин для выработки энергии, чем необходимо для потребления. Нужно учитывать, что в летний период скорость нагрева больше, чем в зимний.
2. При необходимости сброс горячей воды в канализацию. Делается это автоматически, когда температура доходит до предельных показателей.
3. Прикрытие коллектора с помощью роллета. Когда температура воды в бойлере достигает нужного нагрева, шторка автоматически опускается и прикрывает пластины. Когда горячая вода снова понадобится, роллет открывается и пластины снова начинают поглощать солнечные лучи.

Придерживаясь небольших рекомендаций, можно защитить гелиосистему от ремонта.

Преимущества

Солнечный коллектор для нагрева воды обладает массой положительных качеств:

• экономия энергоресурсов. В летнее время система может полностью обеспечить объект горячей водой. В весеннее и осеннее время, когда солнечной энергии недостаточно, коллекторы выступают дополнением к котлу, снижая нагрузку и экономя топливо;
• автономность. Установив солнечный коллектор, вы становитесь независимыми от поставок энергоресурсов (газа, электричества и т. д.). За них не нужно постоянно платить;
• доступность. На рынке представлено широкое разнообразие таких систем. Для их установки нет необходимости в получении каких-либо разрешений;
• долговечность. Коллекторы бесперебойно служат не менее 15 лет.

Солнечный коллектор для подогрева воды

Гелиоустановки для нагрева воды — это самые распространенный вариант использования энергии солнца, которые можно использовать круглый год. Есть некоторые нюансы в подключении, эффективности работы и уходе. Подробнее разберем чем отличается схема подключения коллектора в зимний и летний период.

Летний вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Монтаж установки для работы в теплое время года не сложный. Чаще устанавливают для летнего душа или для обеспечения дачного дома горячей водой.

Если вода будет использоваться на улице, как в случае с летним душем, то бак тоже должен располагается на улице. Если водоснабжение требуется в доме, то бак устанавливается там же.

В таких установкам происходит естественная циркуляция жидкости, поэтому необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

1. Батарея коллектора устанавливается немного ниже уровня бака, куда будет поступать горячая вода.
2. Для соединения бака с коллектором используют трубки не меньше, чем 7,5 сантиметров.

Для эффективной работы иногда используют циркуляционный насос.

Зимняя схема подключения солнечного подогрева воды

Если гелиосистема используется все сезоны, то нужно помнить, что нельзя использовать в качестве теплоносителя воду, так как она замерзнет и порвет трубы. Для использования установки зимой используют антифриз. Схема установки будет выглядеть так:

1. Устанавливается бойлер косвенного нагрева.
2. Антифриз нагревается и проходит по змеевику и согревает воду, которая находится в этот момент в баке.
3. Для контроля устанавливают расширенный бак, автоматический воздухоотводчик, предохранительный клапан.

Эффективность работы гелиосистем в зимой ниже, по сравнению с выработкой энергии в летом.

Из радиатора холодильника

В сети есть описание самодельного гелиоколлектора с радиатором холодильника. Процесс изготовления в целом описан нами выше, напомним кратко основные моменты:

1. Во внутреннею поверхность плотно закрытого утепленного короба можно ставить отражающий материал (фольгу), но тут он закрепляется на черном резиновом коврике. Это также эффективный вариант, так как темный цвет лучше притягивает лучи, аккумулирует тепло.
2. Внутрь корпуса помещаем змеевик, накрываем стеклом (можно использовать шурупы как упоры), размещаем так, чтобы лучи падали под прямым углом.
3. Подключаем ПП трубами ввод для холодной и выход к баку душа для теплой воды. А также подводка может быть самой элементарной — из гибких, резиновых шлангов.
4. Бак душа — любая подходящая емкость.

Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды

Рассмотрев различные виды коллекторов, можно выделить достоинства и недостатки применения у себя на участке таких систем.

Достоинства:

1. Солнце — это бесплатный и неисчерпаемый источник альтернативной энергии.
2. Гелиосистемы — экологически чистый способ добычи энергии.
3. Экономия может составлять до 100% в теплое врем года.
4. Солнечные коллекторы работают круглый год.
5. Системы коллекторов просты в обслуживании, монтаже.
6. Работа установки не зависит от повышения цен на газ.
7. Срок службы около 30 лет.

Недостатки:

1. Даже недорогие модели коллекторов не каждый может себе купить.
2. Работа гелиосистемы полностью зависит от погоды.
3. При установке нужно правильно рассчитать место монтажа системы и установить ее под правильном углом для правильной работы. Исключить попадания на поглощающую панель тени деревьев и зданий.

Несмотря на недостатки, эффективность работы гелиосистем перевешивает. Многие переходят на альтернативный источник энергии если не полностью, то частично.