Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Применение солнечных коллекторов: классические схемы подключения». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.
Сборка и установка коллектора на крышу
Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.
Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
Как рассчитать площадь коллектора
Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.
Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.
Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.
Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.
Монтаж и стоимость подключения гелиоколлектора специалистами
Установка солнечных коллекторов – дело трудоемкое. Если есть опыт в подобных работах, то можно сделать монтаж самостоятельно.
Перед установкой рекомендуется изучить инструкцию, почитать информацию на специализированных форумах. Монтаж популярных СК “Солтек” и Solar Fox можно посмотреть в специальном видео-инструктаже.
Монтаж солнечного коллектора и подключение его к водоснабжению можно заказать сертифицированным фирмам. Цена установки зависит от региона, минимальная сумма – 12 000 р. В смету входят наружные и внутренние работы.
Применение коллекторов для частичного или полного отопления и снабжения горячей водой – рациональное решение. Это экологически чистый и доступный способ получения энергии, который поможет сэкономить на оплате коммунальных услуг.
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.
Монтаж солнечного коллектора.
Правильно подобранный и грамотно смонтированный вакуумный солнечный коллектор с выносным баком способен обеспечить вашу семью горячей водой в полном объеме не только в летний период, но также осенью и весной.
Количество нагревательных элементов (тепловых трубок) в таких системах пропорционально объему накопительного бака и при условии правильного монтажа вода в накопителе будет нагреваться в полном объеме за солнечный день. Потому для правильного подбора такого водонагревателя достаточно всего-навсего определиться с суточным объемом потребления семьей горячей воды.
Если фактический расход трудно определить — можно воспользоваться нормами. Согласно СНиП суточный расход горячей воды на человека колеблется в пределах от 50 до 100 литров, что зависит от благоустройства жилища. При этом температура горячей воды составляет 55–60°С.
Подсоединение на стороне водоснабжения
Если точки водоразбора располагаются недалеко от нагревательной емкости, подключение производится по типовой схеме, представленной ниже. Поясним функции некоторых элементов:
- редуктор давления рекомендуется применять при скачках напора выше 6 Бар;
- обратный клапан на подаче ХВС не дает резервуару опорожняться в водопроводную магистраль;
- расширительная емкость компенсирует увеличение объема нагреваемой жидкости;
- предохранительный клапан, настроенный на 7 Бар, сбрасывает в канализацию воду в случае повышения давления до критической отметки;
- дренажный кран служит для слива воды по способу сообщающихся сосудов.
Солнечный коллектор – что это такое, устройство, принцип работы
Климатическое оборудование, напрямую преобразующее энергию солнечного света в тепло, в технической терминологии называется солнечным коллектором. Прибор не вырабатывает электричество, как классическая солнечная батарея, а только собирает, концентрирует и передает тепло в систему отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, незамерзающая жидкость или воздух.
По конструкционным признакам и связанным с ними принципом действия солнечные коллекторы, применяемые для отопления дома, в том числе в зимнее время, подразделяются на 3 основные вида – плоские, вакуумные и воздушные. Структурно прибор представляет собой набор последовательно соединенных трубок в форме змеевика, связанных с подающей и обратной магистралью. Внутри них циркулирует теплоноситель – вода, антифриз или воздух.
Как работает бойлер косвенного типа
В баке расположен змеевик, через него проходит теплоноситель, нагревающий воду. В последнем установлен магниевый анод, который защищает все элементы прибора от коррозии (гальванической).
Чтобы теплоноситель циркулировал в змеевике, в контур подключен автоматический насос. Вода прогревается равномерно и отопительная система не остывает. Чтобы уменьшить тепловые потери, бак закрыт теплоизоляцией, в качестве которого применяют пенополистирол или пену из полиуретана. Каждый прибор косвенного типа имеет патрубок (вводящий и выводящий), которые соединяются с отопительным котлом, а уже нагретая вода переходит к точке подачи, пройдя патрубок вывода. Таков принцип работы водонагревателей косвенного нагрева, при их выборе учитывают производительность котлов, так как если она будет не высокой, тогда затраты времени на нагрев увеличатся, а это плохо влияет на всю систему в целом.
При приобретении такого агрегата учитывают полезную емкость прибора. На его значение влияет множество факторов, в том числе количество проживающих, режим жизни, привычки и др. При расчете нужного объема жидкости исходят из того, что на одного жильца необходимо 80 л воды.
Существующие модели накопительного бойлера косвенного типа бывают 200 — 1500 л. Но выбрав самый большой объем значительно увеличивают затраты на тепловой носитель.
Второй фактор, влияющий на выбор той или иной модели бойлера — это тот расход теплоносителя, который проходит через контур нагрева (они указаны в техническом паспорте изделия). Если рассматривать их процентное соотношение, тогда это число должно составить 40% от общей массы жидкости, проходящей через котел отопления.
Третий фактор, материал из которого выполнен бак и его качество. Самыми хорошими и дорогими являются баки из нержавейки. Существуют и другие параметры, по которым происходит выбор качественного водонагревателя, но здесь рассмотрены основные из них.
Как работает бойлер косвенного нагрева? Очень просто: внутри змеевика или компонента, заменяющего его, циркулирует горячая вода или другая жидкость. Змеевик, нагреваясь, передает тепло в наружную среду, то есть в воду, заполняющую бак. Через определенный промежуток времени происходит прогрев горячей воды до температуры носителя, и процесс теплопередачи сокращается до минимального значения. При снижении температуры из-за потерь тепла или разбора воды косвенный подогреватель опять начинает подогревать воду.
Современные материалы с высокой степенью теплоизоляции обеспечивают минимальные потери тепла, поэтому при отсутствии разбора температура горячей воды будет изменяться незначительно.
Более важным моментом является подключение бойлера для горячей воды к системе отопления. Существует два основных способа:
- последовательное соединение;
- параллельное соединение.
При последовательном подключении поток горячей воды будет проходить через теплообменник и дальше идти в систему отопления. Этот способ требует увеличения температуры на выходе котла и определенной пропускной способности бойлера. Преимущества такого подключения в более высокой температуре нагреваемой среды, а значит, можно снизить ее потребление за счет разбавления в смесителе с холодной.
Недостатком является необходимость остановки системы отопления при неисправностях устройства, требующих доступа к внутреннему пространству. Этот недостаток легко устранить. Схема подключения может содержать обводную линию и отсечные вентили для отключения агрегата.
Параллельное подключение представляет собой обычное присоединение к отопительной системе. Косвенный водонагреватель соединяется с трубой подачи и обратной соответственно. Циркуляция и передача тепла происходят, как в обычном радиаторе. Преимуществом такой системы является простота обслуживания и ремонта; недостатком — более низкая температура воды на выходе.
Системы горячего водоснабжения на основе солнечных коллекторов
По расчетам ученых солнечная энергия поступающая на землю, в год в 30 000 раз превышает энергопотребление всего населения планеты за год и намного больше всех запасов не возабновляеммых источников энергии на планете (нефть, газ, уголь и. т. д.)
Даже на севере нашей страны количество солнечной инсоляции составляет 550-1200 квт/ч на 1м2 поверхности земли в год. На юге нашей страны плотность солнечной инсоляции составляет 1400-1600 квт/ч на 1м2 в год.
Конечно человечество на протяжении тысяч лет использовало энергию Солнца и для нагрева воды в том числе, но эффективность этих действий была очень низкой. Но с развитием технологий эффективность использования солнечной энергии существенно возросла.
Сегодня использование энергии солнца для горячего водоснабжения и отопления -это не миф, а самая настоящая реальность. Купить солнечный водонагреватель (коллектор) сегодня может абсолютно любой и влюбое удобное время.
Современные системы, которые применяют солнечные коллекторы, дают возможность по разумной стоимости, справиться с решением следующих проблем:
- Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
- Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
- Осуществить подогрев бассейна.
- Осуществить подогрев теплиц.
- Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.
Проточный нагреватель воды
Представляет собой гелиосистему, внутри которой вода циркулирует по открытому контуру. Прогревается солнечной энергией, пока проходит через теплообменник. Внутри алюминиевой рамы располагается медный контур. Снизу он теплоизолирован, сверху покрыт светопоглощающим материалом. Покрывается закаленным стеклом с большим светопропускным показателем.
Конструкция размещается под наклоном 35-45⁰ для максимального поглощения световой энергии. В зимнее время в наших широтах наклон рекомендуется устанавливать в 60⁰.
Может оснащаться аккумулирующим баком, в котором накапливается горячая вода. Это будет актуально при смене погоды на более облачную, когда закрыт доступ к солнечному свету. Гелиосистему проточного типа можно сделать самостоятельно.
Изготавливаем водяной коллектор
Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:
- регион проживания и уровень инсоляции;
- температура окружающей среды, особенно в зимний период;
- площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
- материал и покрытие змеевика;
- температура теплоносителя на входе;
- угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
- скорость течения воды по трубам теплообменника.
Миф первый: плоские коллекторы прочнее вакуумных
Качественные плоские коллекторы немецкого производства являются довольно прочными и легко выдерживают град и тому подобные внешние воздействия. Но при желании, конечно, разбить их можно. То же самое можно сказать и о качественных вакуумных коллекторах. На практике замена стеклянных трубок на установленных вакуумных коллекторов применяется довольно редко, поскольку качественные трубки являются очень прочными и рассчитаны на долгий срок службы
Обратите внимание на видео ниже, где показано испытание вакуумной трубки на прочность куском льда, имитирующем град. Это показательный пример
А вот такой же пример с использованием стального шарика.
Также следует помнить, что в случае повреждения плоского коллектора его обычно следует менять, что является дорогостоящей и сложной задачей. При повреждении нескольких стеклянных трубок вакуумного коллектора, он все равно продолжит работать, а трубки в последующем можно заменить. Обычно при установке вакуумных коллекторов предусматривается каким образом будет проводиться замена трубок в случае их повреждения и завершения обычного срока службы (15 лет).
Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна
Солнечный коллектор — это аппарат, в котором энергия солнечных лучей преобразуется в тепловую энергию теплоносителя. Теплоноситель переносит тепло от солнечного коллектора к нагревателям систем горячего водоснабжения и отопления. В качестве теплоносителя используют воду или не замерзающие жидкости.
Солнечный коллектор может иметь разную конструкцию. Существуют три принципиальных схемы устройства солнечного коллектора.
Солнечный коллектор с тепловыми трубками внешне похож на вакуумный трубчатый, показанный на рисунке выше. Отличия находятся внутри стеклянных вакуумных труб.
В каждой стеклянной трубе коллектора имеется другая, герметично закрытая со всех сторон трубка с легко испаряющейся жидкостью — тепловая трубка. Верхний конец тепловой трубки является частью теплообменника, в котором циркулирует теплоноситель контура солнечного коллектора.
При нагреве солнечными лучами жидкость в тепловой трубке испаряется. Пары поднимаются вверх и конденсируются на поверхности трубки, прикрепленной верхним концом к теплообменнику. Процесс конденсации сопровождается передачей тепла теплоносителю.
Конденсат в тепловой трубке стекает вниз, снова нагревается, испаряется — процесс повторяется и идет непрерывно.
В солнечном коллекторе с тепловыми трубками каждая стеклянная вакуумная труба может быть легко отсоединена и, при необходимости, заменена на новую.