Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления
Многие из нас задумались о способах экономии на отоплении и горячем водоснабжении, особенно в свете постоянного роста цен на эти коммунальные услуги. Но возможно ли не только сократить расходы на электроэнергию, но и свести их к нулю? Ответ - да, это возможно с помощью энергии солнца. Солнечные коллекторы являются отличным источником бесплатной и экологически чистой энергии.
Эти коллекторы, также известные как гелиосистемы, задуманы для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Их использование позволяет дополнительно отапливать дом в весенний и летний периоды. Необходимо отметить, что обладатели таких установок получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.
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.
В этой статье мы рассмотрим технические характеристики концентрационных солнечных коллекторов. Их эффективность зависит от угла падения солнечных лучей, который весной, летом и осенью превышает 120 градусов. Для повышения эксплуатационных температур до 120-250 градусов Цельсия используют концентраторы, которые могут быть применены с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Эти концентраторы концентрируют солнечные лучи, позволяя получить более высокую температуру на панели. Однако для эффективной работы требуется устройство слежения за солнцем, что возможно только в промышленных целях из-за достаточно высокой стоимости.
Возможности солнечных воздушных коллекторов
В настоящее время солнечные воздушные коллекторы становятся все более популярными при использовании в качестве источника тепла. Они просты в эксплуатации и применяются для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Конструктивно представляют собой простые плоские устройства с поглотителем. Воздух подается в коллектор и проходит через поглотитель благодаря вентилятору или естественной конвекции.
Некоторые эксперты указывают на недостаток использования вентиляторов, который заключается в дополнительных затратах энергии. Однако, существуют модели с оптимизированным расходом энергии, что делает их экономически эффективными и энергосберегающими.
Стойкость солнечных коллекторов является важным аспектом выбора. Обычно срок службы составляет от 15 до 30 лет в зависимости от типа и производителя. Однако, дешевые азиатские модели не всегда гарантируют достаточную надежность и долговечность, поэтому лучше выбирать изделия от проверенных немецких производителей, которые могут прослужить и дольше обозначенного срока.
Высокая эффективность солнечных коллекторов для дома зависит от правильного расчета мощности. При этом важно знать несколько параметров, таких как площадь поглощения, величину инсоляции в вашей местности и КПД самого коллектора.
Предположим, что вам нужен коллектор площадью примерно 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения в размере 0,15 кв. м. Для того, чтобы рассчитать получаемую мощность за 1 день, необходимо использовать следующую формулу: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт•час/кв. м.
Если предположить, что в доме есть вакуумные трубки теплового коллектора, то в среднем за сутки одна трубка вырабатывает 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные месяцы (летние) выпуск тепла возрастает и может достигать 0,545 кВт•час.
Интересный факт заключается в том, что, согласно данным статистики, для одного человека в домашнем хозяйстве, нужно потратить от 2 до 4 кВт тепловой энергии на использование горячей воды ежедневно.
Распространенность использования солнечных коллекторов по всему миру по меньшей мере уже несколько десятилетий не вызывает сомнений. Однако в России эта технология все еще остается новинкой. Несмотря на то, что настоящий бум солнечных коллекторов случился в 1970-е годы, во время нефтяного кризиса, их начали применять во многих странах, от США до Японии. Например, в настоящее время в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы. С мощностью более 200 гигаватт тепловой энергии общей мощности мира, это число теперь продолжает расти.
В других странах, таких как Германия, использование солнечных коллекторов оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. Однако в России данный показатель остается крайне низким - всего 0,2 кв. м/1000 чел.
Многие могут спросить, целесообразно ли использование солнечных коллекторов в России, где климат не такой теплый и солнечных дней гораздо меньше, чем в южных широтах? Однако расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода не может помешать эффективной эксплуатации коллекторов. В зоне среднего климата России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади, а максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, установка солнечного коллектора площадью 2 кв. м будет прогревать воду в баке емкостью 100 л до температуры свыше 37 C. А в теплые месяцы коллектор будет работать даже более эффективно.
Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, а также для обеспечения энергией теплиц. Их легко интегрировать в любую сеть водо- или теплоснабжения и установить. Используя солнечные коллекторы, можно существенно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать даже бесплатную горячую воду. Надежность производителей солнечных коллекторов достигается благодаря таким компаниям, как FUTUS-NUKLEON (Австрия, Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), а также немецким компаниям Wolf и Vaillant. Эти бренды предлагают надежную продукцию, которая постоянно совершенствуется и дополняется новыми технологиями.
Гелиоустановки могут стать серьезным шагом на пути к экономической выгоде и экологической чистоте. Коллекторы могут быть разных типов, с разными уровнями сложности системы, мощности и производительности, и всё это сказывается на их стоимости. Если говорить о небольших установках для частных домов, то их стоимость начинается от 160 000 рублей за базовую комплектацию, предназначенную для нагрева воды и с мощностью около 2 кВт•ч. В свою очередь, более мощные системы с несколькими коллекторами (общей мощностью около 6 кВт•ч), которые предназначены для отопления дома, могут обойтись в 270 000 рублей. Естественно, к этим расходам нужно добавить стоимость монтажа и наладки.
Однако, стоит заметить, что окупаемость гелиоустановки напрямую зависит от режима эксплуатации. В отопительный период она в среднем на 25% поддерживает отопление помещения и на 80-90% в летние месяцы обеспечивает горячую воду. Срок окупаемости гелиоустановки может варьироваться от 2 до 8 лет в зависимости от расходов на тепло и горячую воду. Эти цифры свидетельствуют о том, что использование технологии в России становится всё более целесообразным и перспективным с экономической точки зрения.
Фото: freepik.com