Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления
Мы все сталкиваемся с постоянно растущими ценами на отопление и горячее водоснабжение, что заставляет нас искать способы экономии. Одним из этих способов является использование солнечной энергии, которая может не только сократить ваш расход на электроэнергию, но и свести его к нулю. Для этого необходимо использовать солнечные коллекторы – источник бесплатной и экологически чистой энергии.
Гелиосистемы, также называемые солнечными коллекторами, служат для накопления солнечной энергии для нагрева воды. Эта установка позволяет получать дополнительное отопление в весенний и летний периоды и, как следствие, бесплатную горячую воду и тепло для их обладателей. Выбор солнечных коллекторов – это экономически эффективное и экологически чистое решение в сфере энергетики.
Устройство и принцип работы
В основе любого солнечного коллектора лежит практически один и тот же принцип: металлические пластины, окрашенные в черный цвет, помещаются в корпус из стекла или пластика и устанавливаются на крышу дома. Это позволяет накапливать солнечную энергию, превращая ее в тепло. Коллектор представляет собой своеобразную теплицу, которая согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной.
При использовании солнечного коллектора, чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше эффективность работы устройства. Но, несмотря на то, что принцип работы для всех коллекторов один и тот же, конструкция устройств может отличаться в зависимости от их типа и сферы применения.
Накопительный резервуар наполняется нагретой водой, которая используется в дальнейшем для нужд дома. Тем временем, неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. Как правило, вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 градусов по Цельсию.
Бытовые коллекторы для нагрева воды и отопления: типы и характеристики
Хотя принцип работы коллектора для нагрева воды или отопления на солнечной энергии легко описать, на деле системы гораздо более сложны. Существует несколько типов бытовых солнечных коллекторов, имеющих свои особенности конструкции.
Плоские высокоселективные коллекторы: основные преимущества, устройство и принцип работы
Плоский коллектор солнечной энергии является наиболее распространенным видом солнечных коллекторов. Одним из главных достоинств этого типа коллекторов является их доступность: они отличаются невысокой ценой на рынке. В то же время, по сравнению с другими моделями, они несколько менее эффективны в плане удержания тепла. Основными элементами плоских солнечных коллекторов являются плоскостной поглотитель, прозрачное стеклянное покрытие, теплоизоляция с обратной стороны и рама, изготовленная преимущественно из алюминия или стали.
Плоскостной поглотитель представляет собой выкрашенный в темный цвет металлический лист, который соединен с трубками для передачи тепла. При этом слой поглотителя накапливает солнечные лучи и превращает солнечную энергию в тепло, которое затем передается специальной жидкости-теплоносителю (обычно смесь воды и гликоля). Эта жидкость направляет полученное тепло в солнечный аккумулятор. Прозрачное стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от внешней среды и снижает потери тепла, создавая эффект теплицы. Также теплоизоляция из минерального волокна выполняет ту же функцию, предотвращая теплопотери.
Вакуумные трубчатые: в чем заключается их преимущество
Солнечные коллекторы вакуумного типа представляют собой устройства, построенные на базе стеклянных трубок, внутри которых расположен специальный прибор для поглощения солнечного света. Их главное преимущество заключается в использовании вакуума как идеального теплоизолятора, что позволяет значительно сократить теплопотери при использовании коллектора.
Данный вид коллекторов бывает двух типов: с косвенной теплопередачей и прямоточные. Устройства с косвенной теплопередачей предназначены для годичного использования, в то время как прямоточные модели подходят только для применения в теплый период года - с апреля по сентябрь.
Лучи солнца, которые попадают под большим углом, не могут быть использованы эффективно в качестве источника энергии неподвижными солнечными коллекторами весной, летом и осенью, когда дневной ход солнца превышает 120 градусов. Однако, можно повысить эксплуатационные температуры до уровня от 120 до 250 градусов Цельсия, если использовать концентраторы вместе с поглощающими элементами и параболоцилиндрическими отражателями в солнечных коллекторах. Концентраторы направляют солнечные лучи, увеличивая их количество на панели. Однако, для получения еще более высоких температур требуется использовать устройства, следящие за солнцем. Это решение является слишком дорогостоящим и применяется в основном в промышленных целях.
Солнечные воздушные коллекторы - это тип устройств, предназначенных для использования в целях нагрева воздуха. Они представляют собой простые плоские коллекторы, которые можно использовать для отопления помещений или сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух, который необходимо нагревать, проходит через поглотитель. Этот процесс может осуществляться как с помощью естественной конвекции, так и за счет воздействия вентилятора. Однако следует учитывать, что использование вентиляторов может потребовать дополнительных затрат энергии на их работу.
Кроме того, стоит отметить, что срок службы солнечных коллекторов может колебаться от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Однако дешевые продукты от азиатских производителей могут быть менее надежными, в то время как продукция от лучших немецких компаний может прослужить еще дольше заявленного срока.
Как рассчитать мощность солнечного коллектора для дома
Солнечные коллекторы могут быть эффективным решением для обеспечения дома теплой водой. Однако, чтобы правильно рассчитать мощность коллектора, нужно учитывать несколько факторов - площадь поглощения, величину инсоляции и КПД коллектора.
Допустим, вы используете коллектор площадью 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Чтобы вычислить получаемую мощность коллектора за один день, необходимо умножить площадь поглощения одной трубки на величину инсоляции для вашего региона (в Московской области это примерно 1173,7), а затем умножить полученное значение на коэффициент полезного действия (КПД) солнечного коллектора. В случае описанного коллектора, мощность будет вычисляться так: 0,15 × 1173,7 × 0,67 = 117,95 кВт•час/кв. м.
Если рассчитать мощность одной вакуумной трубки теплового коллектора за один день, то она составит примерно 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные летние месяцы, мощность возрастет до 0,545 кВт•час.
Важно помнить, что в среднем для использования горячей воды на одного человека в домашнем хозяйстве требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день. Эту информацию нужно учитывать при выборе и установке солнечного коллектора.
Использование солнечных коллекторов в разных странах мира уже давно стало обыденным делом. Несмотря на это, в России это является новинкой. Бум использования солнечных коллекторов начался в 1970-х годах, когда произошел нефтяной кризис. Тогда жители многих стран (от США до Японии) начали активно использовать энергию солнца. На сегодняшний день в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы. Всего мощность солнечных коллекторов в мире превышает 200 гигаватт тепловой энергии, и это число продолжает расти.
В разных странах количество солнечных коллекторов в расчете на 1000 человек различается. Например, в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, в Австрии – 450 кв. м, а на Кипре – около 800 кв. м. В России этот показатель на данный момент крайне низкий – всего 0,2 кв. м на 1000 человек.
Многие пользователи могут сомневаться в эффективности использования солнечных коллекторов в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней гораздо меньше, чем в южных широтах. Тем не менее, расчеты, проведенные в РАН, показывают, что даже в таком климате солнечные коллекторы эффективны. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади, а в ясную погоду в полдень достигает максимального значения в 1000 Вт. Поэтому если установить солнечный коллектор площадью 2 кв. м, то вода в баке емкостью 100 л ежедневно будет прогреваться до температуры от 37 °С и выше, а в летние месяцы это значение будет выше.
Солнечные коллекторы можно использовать для различных целей – для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов и обеспечения электричеством теплиц. Кроме того, они могут легко интегрироваться в любую систему водоснабжения и теплоснабжения, а установка их относительно проста. Это, в свою очередь, позволяет сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. Надежные производители солнечных коллекторов среди которых, например, FUTUS-NUKLEON из Австрии-Чехии, TiSUN из Австрии и Ferroli из Италии, приобрели доверие потребителей. Особенно популярны среди специалистов солнечные коллекторы от немецких производителей – Wolf и Vaillant, которые не только предлагают надежную продукцию, но и постоянно совершенствуют системы и внедряют новые технологии.
Цена гелиоустановки для дома зависит от типа коллектора, сложности системы и мощности, а также от производителя. Например, относительно небольшие установки с номинальной мощностью около 2 кВт•ч для частных домов, коттеджей и дач в базовой комплектации стоят от 160 000 рублей. Более мощные системы, объединяющие несколько коллекторов общей мощностью около 6 кВт•ч и предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в зимний период, будут стоить 270 000 рублей. Стоимость монтажа и настройки прибавляется к этим ценам.
Вопрос об окупаемости коллектора часто возникает у потенциальных покупателей. Срок окупаемости напрямую зависит от режима эксплуатации. Солнечные коллекторы годятся для поддержания отопления в отопительный период лишь на 25%, а для горячего водоснабжения в летние месяцы — на 80-90%. Окупаемость соответственно зависит от ежемесячных расходов на тепло и горячую воду. В целом, срок окупаемости гелиоустановок колеблется от 2 до 8 лет. Это является доказательством экономической целесообразности и перспективности использования технологии в России.
Фото: freepik.com