Для чего нужны солнечные коллекторы
Как работают солнечные коллекторы
Солнечная энергия – это хороший альтернативный источник энергии для бытовых и хозяйственных нужд. Ее пользу сложно переоценить, ведь использовать энергию Солнца можно не только для получения электроэнергии, но и тепла. Именно для этого существуют солнечные коллекторы.
Что такое солнечный коллектор
Солнечные коллекторы – это устройства, которые преобразуют энергию Солнца в тепло и предназначены для нагрева циркулирующего в них теплоносителя (антифриз, вода) с последующей передачей накопленного тепла потребителям. Их используют для нагрева воды в системах горячего водоснабжения, для отопления, для устройства теплых домов, подогрева воды в бассейнах. Солнечные коллекторы оснащают специальными селективными материалами (покрытием), которые способствуют лучшему поглощению и накоплению гелиоэнергии, а затем преобразуют ее в тепловую, чтобы направить потребителю.
По сути, солнечный коллектор выполняет функцию водонагревателя, поэтому их широко применяют в домах в качестве основного или дополнительного источника энергии для нагрева воды (системы горячего водоснабжения) и/или отопления. Они особенно востребованы вне зоны городов, например, в частных домовладениях, на дачах – там, где не всегда есть доступ к централизованным тепловым коммуникациям, а установка электрического или газового котла требует большого вложения средств.
Если говорить совсем простым языком, солнечный коллектор – это устройство, которое, нагреваясь от солнечных лучей и пропуская через себя воду, нагревает ее. Примитивные примеры коллекторов встречаются и в повседневной жизни: именно так отдает тепло воде пластиковая бутыль или водопроводный шланг, лежащие на солнцепеке, а также нагретый металлический бак за счет высокой теплопроводности металла. Кстати, если выкрасить емкость в черный цвет, то вода нагреется еще сильнее и быстрее, ведь черная краска лучше всего поглощает солнечные лучи и практически не отражает их – это свойство черного цвета с успехом используется сегодня и в солнечных коллекторах.
Принцип работы солнечных коллекторов
Несмотря на существование различных видов солнечных коллекторов, принцип их работы идентичен. В основе – элементарные законы физики, которые изучают еще в школе. А именно – при нагревании воды ее плотность уменьшается, и поэтому при равном уровне горячая вода весит меньше холодной. Таким образом, жидкость с меньшей плотностью (то есть горячая вода) вытесняется жидкостью с более высокой плотностью (холодной водой).
Поэтому циркулирующая по трубам холодная вода будет вытеснять (гонять) нагретую, а за счет этого процесса и происходит нагрев воды и/или обогрев дома. Единственное и основное отличие от привычных тепловых коммуникаций – источник получения тепла, которым вместо газового или электрического котла является Солнце. Для поддержания стабильности системы в течение суток и круглогодичной бесперебойной работы используется циркуляционный насос и другое дополнительное оборудование.
Мощность солнечного коллектора рассчитывается на основе данных о КПД коллектора, коэффициентов тепловых потерь, площади коллектора и предполагаемого обогрева и/или объема воды, которую надо нагреть, значения инсоляции системы, погодных и климатических условий конкретного региона.
Как делают солнечные коллекторы и как они работают – детали устройства
Световые лучи падают на поверхность коллектора и нагревают теплоноситель, который находится внутри него. Затем по системе специальных тонких трубок теплоноситель поступает в накопительный бак, заполненный водой. Чтобы прогреть всю находящуюся в нем жидкость равномерно, трубки проходят через весь объем бака. По мере протекания через бак теплоноситель понемногу остывает, а затем попадает назад в коллектор уже охлажденный и опять здесь нагревается. Так происходит постоянная естественная циркуляция горячего теплоносителя воды в баке, откуда жидкость может подаваться в радиаторы отопления или в системы горячего водоснабжения дома. Если вдруг вода в баке охладится ниже заданного минимума, включается резервный подогрев – чаще всего это электрический или газовый котел. Эта температура регулируется специальными датчиками, установленными в системе управления коллектором.
Фактически, конструкция коллектора представляет собой достаточно сложное устройство и включает в себя:
Нужно понимать, что солнечный коллектор – это полностью автономное и независимое устройство, производящее экологически чистую энергию и позволяющее экономить средства при правильном его устройстве и функционировании. Устанавливать его предпочтительно в самом высоком месте, например, на крыше. Это позволит обеспечить надлежащую циркуляцию теплоносителя, не прибегая к помощи насоса.
Оставьте комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Солнечные коллекторы для отопления дома: преимущества, недостатки и эффективность работы
Солнечное излучение это один из самых доступных и распространенных альтернативных источников тепла. А солнечные коллектора в свою очередь — самый простой способ эту энергию преобразовать. С каждым годом все больше людей рассматривают коллектора в качестве дополнительного источника энергии для дома.
Но что же представляют собой коллектора, чем отличаются между собой и действительно ли они так эффективны? Читайте далее в статье.
Что такое солнечный коллектор и зачем он нужен
Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.
При этом важно отличать: солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.
Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.
Преимущества солнечных коллекторов для отопления дома
Экономия газа
Летом солнечные коллектора способны полностью закрыть потребность здания в горячей воде. В межсезонье – весной и осенью, коллектора снижают нагрузку на газовый котел, что в конечном итоге сокращает потребление газа. В зимнее время коллектора работают с очень низкой эффективностью.
Энергонезависимость
Используя солнечный коллектор для отопления вы снижаете собственную зависимость от газа. Коллектор является дополнительным источником тепла. Как минимум в летнее время вы сможете бесплатно получать горячую воду не используя для этого газ. Аналогичный результат вы можете получить при отоплении тепловым насосом.
Доступность
Для установки солнечного коллектора не требуется разрешение. Все что нужно – сантехник с прямыми руками и компетентный продавец, знающий все особенности и тонкости монтажа.
Долгий срок службы
Срок службы коллектора – более 15 лет. А значит, вы очень долго сможете пользоваться бесплатным солнечным теплом.
Их недостатки
Стоимость
Цены на солнечные коллекторы для нагрева воды плавают от 500$ до 1000€ за штуку. А целая система «под ключ» состоящая из двух коллекторов будет стоить от 2500$. Немалые начальные вложения, со сроком окупаемости 7-10 лет.
Непостоянство
Солнце нельзя включать и выключать по собственному желанию. Поэтому коллектора нельзя рассматривать как единственный источник тепла.
Нужен бак-накопитель
Для работы солнечных коллекторов требуется бак-накопитель. Если в вашей отопительной системе он не предусмотрен, то это повлечет дополнительные затраты на покупку коллекторов.
Эффективность солнечных коллекторов для нагрева воды
Эффективность коллектора зависит от региона. Чем южнее регион, тем активнее солнце и выше эффективность работы коллектора.
На территории Украины солнечные коллектора имеют большой потенциал использования. В среднем на 1м 2 земли за год падает от 1000 до 1350кВт-ч солнечной энергии. Это эквивалентно 120-140м 3 газа.
Не очень много, учитывая начальную стоимость коллектора. При таких цифрах его окупаемость будет очень большой. Конечно цифры очень усредненные и для каждого региона нужно делать свой расчет.
Виды солнечных коллекторов для нагрева воды
Существует множество видов солнечных коллекторов, которые отличаются назначением, внешним видом, принципом работы и так далее. Основные отличия можно классифицировать следующим образом:
Конструкция и внешний вид:
Назначение:
Принцип работы
Сезонность
Заключение
Рекомендуемые статьи
Солнечный коллектор для отопления дома
Пост опубликован: 19 июля, 2017
Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.
Принцип действия
Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.
Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.
Правильно оборудуем жилье
В нашем магазине вы всегда сможете подобрать межкомнатные двери, решенные в
ключе основных тенденций традиционной классики или же соответствующие одному из многочисленных направлений современного интерьерного дизайна. Каждое изделие не только оснащено надежной, функциональной и эффектной фурнитурой, но и имеет сертификат соответствия качества основным существующим стандартам. Приобретая межкомнатные двери у нас, вы тем самым отдаете предпочтение абсолютно безвредной продукции, изготовленной из экологически чистого сырья.
Принцип работы солнечного коллектора
Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:
В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:
По типу конструкции:
По типу теплоносителя:
По способу использования теплоносителя:
По способу передачи тепла:
Как работает зимой?
В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.
Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:
Работа системы осуществляется следующим образом:
Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.
Выгодно ли это
Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме. 
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.
При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.
Как сделать своими руками
Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода. 
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.
Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.
С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.
Плюсы и минусы
Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.
Плоские солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
Недостатками являются:
Вакуумные солнечные коллекторы.
Достоинства использования:
Недостатками являются:
Солнечный коллектор — достоинства и недостатки, перспективы
С каждым годом люди все больше осваивают альтернативные источники потребления энергии. Это связано не только с тем, что запасы нефти и газа становится меньше, но и с минимизацией загрязнения окружающей среды. Одним из таких источников является солнце, которое вырабатывает большие объемы энергии. С помощью специальных установок это энергию можно использовать для различных нужд.
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:
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:
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.
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.
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 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.
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:
Принцип работы простой — абсорбер нагревается и передает тепло змеевику, в котором находится теплоноситель. Установка простая в монтаже и использовании.
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
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:
Воздушные солнечные коллекторы сейчас получили широкое применение среди владельцев частных домов. Их использование является дополнительным источником отопления и вентиляции воздуха.
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:
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:
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:
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:
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:
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:
Придерживаясь небольших рекомендаций, можно защитить гелиосистему от ремонта.
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:
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:
Эффективность работы гелиосистем в зимой ниже, по сравнению с выработкой энергии в летом.
Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды
Рассмотрев различные виды коллекторов, можно выделить достоинства и недостатки применения у себя на участке таких систем.
Несмотря на недостатки, эффективность работы гелиосистем перевешивает. Многие переходят на альтернативный источник энергии если не полностью, то частично.
Использование гелиоколлекторов в Европе и России
Лидером по использованию солнечных коллекторов в Европе является Германия, Австрия, Греция. Около 15% частного сектора установили гелиосистемы для нагрева воды или отопления дома. Коллекторы используют в школах, магазинах, больницах, на предприятиях.
В некоторых европейских странах при строительстве новых домов, установка гелиоколлектора обязательна.
В России солнечные коллекторы установил небольшой процент населения. В первую очередь это связано с недостатком информации о таком способе добычи энергии. Роль играет их стоимость, поэтому не каждый может купить такую установку.
Одна из важнейших проблем связанная с экологией — это проблема с энергоресурсами, влияние на изменение климата. Поэтому использование гелиоустановок — это хороший способ не только экономии, но и вклад в защиту экологии планеты.