Виды солнечных нагревателей и их устройство

Думаю практически каждому человеку известно, что существует такая вещь, как солнечный водонагреватель воды. Суть данного устройства в том, что данное устройство позволяет получать большое количество горячей воды дома. Если говорить грубо, то примерно 1 установка даст около 200 литров воды в сутки.

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

  • Плоские – представляют из себя конструкцию в виде прямоугольника (коробки), выполняемую из прочного материала и служащую корпусом устройства. Во внутренне пространство корпуса укладывается изоляция, по поверхности которой монтируется абсорбирующая (поглощающая тепло) пластина. В специальные углубления абсорбера, укладываются трубки (как правили изготовленные из меди), в которые, в дальнейшем, подается теплоноситель. С наружной стороны корпус закрывается поглощающей оболочкой и защитным стеклом. 
  • Вакуумные – в устройстве данного типа, определенное количество вакуумных трубок, объединены в общем корпусе коллектора. В корпусе устроен теплообменник, в котором теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию, теплоносителю наружного контура. 

По типу теплоносителя:

  • Воздушные;
  • Водяные.

По способу использования теплоносителя:

  • Пассивные – солнечный коллектор используется в паре с баком накопителем, и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных инженерных элементов сети (циркуляционный насос, элементы защиты и т. д.).
  • Активные – система, кроме монтажа коллектора, комплектуется техническими устройствами (насос, защитные клапана, бак накопитель, дополнительные элементы нагрева теплоносителя), и может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

По способу передачи тепла:

  • Косвенного действия, когда в системе отопления (горячего водоснабжения), присутствует бак-аккумулятор (накопитель), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной, наружным контуром, от солнечных лучей, и передаваемой внутреннему контуру, циркулирующему в системах ГВС и отопления.
  • Прямого действия, прямоточные – данный способ используется в системах ГВС, при этом циркуляция воды, в контуре коллектора, осуществляется под воздействием разности температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т. д.).

Насколько эффективно солнечное отопление?

В южных странах использование для обогрева солнечных коллекторов ни у кого не вызывает удивления, поскольку количества солнца там достаточно, а вот насчет использования этих установок в российских условиях у многих специалистов есть большие сомнения, так как зима на территории нашей страны довольно длительная. К тому же количество пасмурных дней тоже значительное. Однако это нельзя рассматривать в качестве серьезных препятствий для использования солнечных коллекторов. В средней полосе в зимнее время мощность, получаемая от солнечных лучей, доходит до 250 Вт на один квадратный метр площади коллектора. Что касается летнего периода, в жаркие дни этот показатель может доходить до 1000 Вт.

В летнее время владельцы частных домов, используя солнечный коллектор, получают горячую воду, а в зимнее время — тепло, при этом серьезно экономят на этом. Установка таких приборов позволяет снизить затраты на создание комфортной атмосферы на 30%. Чтобы в доме было тепло, необходимо не только подобрать коллектор достаточной мощности. Не менее важно и наличие утепления в жилище. В этом случае можно только за счет одних солнечных коллекторов создать атмосферу тепла и уюта в своем доме.

Например, если для решения проблемы отопления частного дома владелец сделал выбор в пользу коллекторов общей площадью 30 кв. м., то, используя это оборудование, он ежегодно будет экономить до 7,7 тонны угля. При этом цена на установку подобных систем почти такая же, как и на монтаж других систем обогрева.

Тепловой насос для отопления

Традиционное отопление частного дома по прежнему остается предпочтительным, если в избытке недорогие ресурсы. Вопрос, что делать, когда доступность дешевых источников ограниченна? Альтернативным решением выступает тепловой насос —  опыт эксплуатации более 40 лет в странах Евросоюза, говорит нам о том, что это может быть весьма эффективно.

В Российской Федерации тепловой насос не получил должного распространения. Причиной тому два фактора. Во первых, в избытке нефть, газ, древесина. Во вторых, останавливает высокая цена и отсутствие популяризации. Сведения о тепловых насосах, весьма скудные, принцип их работы не понятный, а о преимуществах информации недостаточно.

В Европейском союзе цены на сжигаемое топливо настолько высоки, что геотермальная система отопления показывает выгоду в эксплуатации. К примеру до 95% домохозяйств в Швеции и Норвегии используют тепловые насосы как основной источник отопления. Международное энергетическое агентство, прогнозирует что тепловые насосы к 2020 году начнут обеспечивать 10 % спроса энергии на отопление в странах организации экономического сотрудничества и развития, а к 2050 году этот показатель достигнет 30%.

Сфера использования

Солнечный гелиоколлектор используется для нагрева воды в бассейнах, отопления помещений или горячего водоснабжения. Суть работы заключается в использовании энергии солнца для нагрева теплоносителя. Хотя солнце имеет разную интенсивность зимой и летом, обогрев воды таким способом возможен круглый год. Это и является предпосылками для использования такого способа.

К примеру, на один квадратный метр зимой нужно от 1 до 3 кВт/час вырабатываемого электричества, а летом этот показатель возрастает до 6−8 кВт/час. В северных регионах все показатели можно увеличивать на 30% и более. Даже в северных регионах гелионагреватели активно применяются и помогают решить проблему с подачей горячей воды, отопления и тому подобного. В южных регионах и средней полосе такие устройства полностью обеспечат дом горячей водой и теплом, конечно, имеется в виду большие агрегаты на несколько квадратных метров. Они могут полностью заменить бойлер.

К достоинствам системы можно отнести:

  • большая надёжность;
  • простая и понятная конструкция;
  • довольно большой срок службы;
  • простота монтажа;
  • маленький вес;
  • автономность работы;
  • эффективность в эксплуатации;
  • не нужно получать разрешения на установку от контролирующих органов;
  • экономия на газе и электричестве.

Недостатками такой системы являются:

  • высокая цена при покупке заводского оборудования;
  • коэффициент полезного действия напрямую зависит от месторасположения и времени года;
  • зависимость эффективности от солнечного света и облачности;
  • несмотря на довольно высокую мощность панели подвержены градобитию;
  • необходимость в установке теплоаккумулирующей ёмкости.

Устройство вакуумного солнечного коллектора

Вакуумный солнечный коллектор состоит из вакуумных трубок. Наружная часть трубки прозрачная, а на внутреннюю наносят покрытие (высокоселективное) улавливающее солнечную энергию. В расстояние между трубками закачивают вакуум. В качестве проводника тепла используют тепловые трубки, наполненные жидкостью и объединённые в общий контур. Также в контур включается циркуляционный насос и бак аккумулятора. Бак представляет собой емкость, заполняемую жидкостью в котором находится теплообменник.

Вакуумный коллектор принцип работы

Коллектор поглощает солнечную энергию посредством вакуумных трубок и передает ее в бак аккумулятор посредством принудительной циркуляции жидкости. Всем процессами управляет контролер, когда температура в коллекторе достигает определенного значения, автоматически запускается циркуляционный насос.

Читайте также:  Котел в печи водяного отопления своими руками

При использовании системы солнечного нагрева в качестве отопительной системы рекомендуется устанавливать бак-аккумулятор, внутри помещений это дает возможность использовать систему в качестве дополнительного источника отопления и ГВС. При недостатке энергии солнца или большом расходе горячей воды система автоматически включится главный источник нагрева. В качестве теплоносителя используют не замерзающие жидкости на основе пропилен гликоля или минеральное масло.

В летний период существует опасность закипания жидкости и для обеспечения безопасности системы оборудуют защитой оп перегрева и устанавливают предохранительный клапан и расширительный бак.

Область применения вакуумных коллекторов

Солнечные коллекторы применяются для обогрева промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения на производствах и бытовых нужд.

Как их использовать?

Естественно нужно рассказать о том, а как же пользоваться, для чего конкретно и как установить данные водонагреватели. В первую очередь, они могут решать следующие задачи:

  • У вас будет постоянное обеспечение горячей водой.
  • Так же постоянное отопление.
  • Можно даже подключить так, чтобы обогревалась и вода в бассейне.
  • Можно использовать для подогрева в других промышленных вещах.

Что касается установки, то этот процесс не настолько сложный, как кажется. Естественно все проводится на открытом воздухе, а сам монтаж производится практически всегда на крышах домов. Не забываем, что экран, который принимает солнечные лучи, должен по-хорошему быть на южную сторону.

Можно смело отметить несколько основных правил, которые помогут держать установку в максимально правильном положении:

  1. Правильно расположить установку, чтобы экран желательно был направлен на юг.
  2. Угол наклона должен быть правильным, то есть такой же угол, как и скат крыши.
  3. На пути к экрану не должны расти деревья, или находиться другие объекты, что бы солнечные лучи спокойно попадали на экран.

Солнечные системы электроснабжения и их преимущества

Более эффективно применять солярные системы для энергоснабжения отеля можно, установив солнечные фотографические модули, способные вырабатывать за счет солнечных лучей электроэнергию. Подробнее о том, как работают солнечные электростанции, вы можете прочитать в другой статье.

Для частных домохозяйств и бизнеса доступно несколько вариантов солнечных батарей:

  • Кремниевые — относительно недорогие и эффективные, со средними показателями прочности. Лучший вариант для установки на крышах.
  • Тонкопленочные — интересны для возведения гостиничных комплексов, т.к. могут использоваться вместо стеклянных поверхностей. Кроме того, тонкопленочные модули легкие и гибкие, поэтому их проще устанавливать. Минус — КПД на 10-15% меньше по сравнению с кремниевыми.
  • Модули формата “Стекло/стекло” — также используются при строительстве помещений и могут устанавливаться в качестве стен и перегородок. По сути это кремниевый модуль, запаянный между двумя пластинами из закаленного стекла, поэтому прочность выше, чем у кремниевых и тем более пленочных аналогов.

Такое разнообразие позволяет вписать батареи в интерьер отеля и компенсировать при этом по крайней мере часть потребляемого электричества. А если в гостинице для подогрева воды применяются электрические системы, то солнечные батареи могут полностью заменить коллекторы.

Расчет мощности солнечной электростанции и ее установка

Расчет мощности солнечной электростанции проводится так же, как и в случае с коллектором:

  1. Определяем общие затраты электросети;
  2. Рассчитываем мощность модулей.
  3. Рассчитываем площадь под батареи.

На данный момент используются два стандарта кремниевых модулей:

  • Площадью 1,6 м2 — генерирует 270-280 Вт/час;
  • Площадью 2 м2 — генерирует 310-330 Вт/час;
Читайте также:  Плюсы и минусы горизонтальной разводки отопления

Следовательно, чтобы получить те же 60 кВт солнечной электроэнергии, нам потребуется примерно 360 м2 площади. Кроме того, СЭС мощностью выше 30 кВт требуют получения специального разрешения у облэнерго и их установка возможна только при юридически оформленном бизнесе.

Помимо сложностей, присутствующих при установке коллектора, для использования электричества из солнечных батарей требуется вспомогательное оборудование (конденсаторы, аккумуляторы) и соответственно помещение под него. Все установленные модули нужно соединить в единую сеть, чтобы эффективно отслеживать их работу и состояние.

Также КПД солнечных батарей сильно зависит от угла падения солнечных лучей, наличия тени и других объектов, преграждающих путь свету. Ветки деревьев и малые объекты на крыше желательно удалить, а сторону установки выбирать исходя из среднедневного времени попадания солнечных лучей.

Хотите узнать как работают солнечные панели? Читать в статье

Какое предназначение у этого солнечного водонагревателя?

Солнечный водонагреватель лично я использую для быстрого нагрева воды в бассейне. Так как он может работать и зимой, то его можно использовать даже для отопления в дневное время.

Плюсы нагрева воды солнечной энергией

— Все бесплатно, помогает экономить энергию. — Солнечный коллектор работает и зимой, но с меньшей эффективностью. — Не требует особых затрат на изготовление оборудования. — Насосы, прогоняющие воду можно так же питать от солнца, используя солнечные батареи.

Солнечный коллектор из змеевика холодильника

Солнечный коллектор своими руками можно смастерить из обычного змеевика, снятого со старого холодильника. Для работы потребуется подготовить:

  1. Непосредственно змеевик
  2. Рейки и фольга для каркаса
  3. Бочка или бак для воды
  4. Резиновый коврик
  5. Запорная арматура (вентили, труб и т. д.)
  6. Стекло

Промыв змеевик от фреона, необходимо сбить вокруг реечный каркас. Его точные размеры будут зависеть от размера рабочего узла, который был демонтирован с холодильника. Коврик необходимо подогнать под рейки, среди которых змеевик должен свободно располагаться.

На резиновый коврик (дно каркаса) укладывается фольгирующий слой. Затем змеевик фиксируют при помощи винтовых хомутов. В стенках проделываются отверстия, через которые будут проходить трубы. Повысить продуктивность можно за счет герметизации стыков герметикам.

Дно также укрепляется рейками. Сверху монтируется стекло и фиксируют при помощи скотча. Чтобы не волноваться, можно вырезать несколько алюминиевых пластинок и сделать из них прижимы.

Видео о техническом устройстве и испытании солнечного коллектора:

Солнечный коллектор из змеевика холодильника

В заключении

Такое сооружение, как солнечный коллектор своими руками, может существенно повысить уровень комфорта в загородном доме или на даче. Пусть незначительно, но оно снижает траты на потребляемую энергию, вырабатываемую классическими источниками энергии.

Интегрированная система (с тепловыми трубками).

Особенности

Технические характеристики солнечных коллекторов Weswen

Технические параметры: Накопительный бак состоит из: — внешняя оболочка: сталь толщиной 0,4мм — накопительный бак: SUS304 толщиной 1,5мм — полиуретановая изоляция 50мм Рабочее давление: 6 бар. Эффективность: ≥55% (зимой ≥42%). Рабочая температура: 60°C ~ -35°C. Тип вакуумных труб: 58мм*1800мм. Срок службы: 15 лет. Сечение входа/выхода:3/4″.

Модель Тип трубы Тепловая трубка Поверхность активного нагрева абсорбера, м2 Угол наклона Емкость бака, л
солнечный водонагреватель WUAC-100H ∅58мм*1800мм*10шт. Да 1,47 45°/38°/25° 80
солнечный водонагреватель WUAC-120H ∅58мм*1800мм*12шт. Да 1,764 45°/38°/25° 100
солнечный водонагреватель WUAC-150H ∅58мм*1800мм*15шт. Да 2,205 45°/38°/25° 135
солнечный водонагреватель WUAC-180H ∅58мм*1800мм*18шт. Да 2,646 45°/38°/25° 150
солнечный водонагреватель WUAC-200H ∅58мм*1800мм*20шт. Да 2,94 45°/38°/25° 165
солнечный водонагреватель WUAC-240H ∅58мм*1800мм*24шт. Да 3,528 45°/38°/25° 200
солнечный водонагреватель WUAC-300H ∅58мм*1800мм*30шт. Да 4,41 45°/38°/25° 250