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 солнечных коллекторов довольно просты. Они состоят из металлических пластин черного цвета, заключенных в корпус из стекла или пластика. Коллекторы обычно монтируются на крыше дома и представляют собой, по сути, миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Главная задача солнечного коллектора - согревать воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше эффективность коллектора. Тем не менее, несмотря на то, что принцип работы для всех коллекторов один и тот же, конструкция может различаться в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.
Как правило, неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно спускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода поступает в теплообменник, где быстро нагревается и вновь поступает в резервуар. Это означает, что вода внутри коллектора всегда остается горячей. В ясные солнечные дни ее температура может достигать 70 оC.
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.
Концентрирующие устройства
Весной, летом и осенью угол падения дневных лучей солнца на поверхность земли превышает 120 градусов – этот угол является оптимальным для использования неподвижных солнечных коллекторов. Для достижения эксплуатационной температуры в диапазоне от 120 до 250 градусов Цельсия используются концентрирующие устройства, такие как параболические отражатели, которые располагаются под поглощающими элементами коллекторов. Они сосредотачивают солнечные лучи и, следовательно, направляют больше энергии на панель. Для достижения еще более высоких температур, необходимо использовать устройства отслеживания солнца. Однако, это довольно дорогостоящее решение, поэтому оно применяется в основном в промышленных целях.
Воздушные солнечные коллекторы – это системы, используемые для нагрева воздуха. Они представляют собой плоские коллекторы, которые могут использоваться для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. В результате естественной конвекции или под воздействием вентиляторов воздух проходит через поглотитель. Стоит отметить, что в случае использования вентилятора, часть энергии будет расходоваться на его работу.
Отметим, что солнечные коллекторы могут служить довольно долго – от 15 до 30 лет, в зависимости от производителя и типа конструкции. Однако, стоит учитывать, что продукция азиатских производителей может быть менее надежной, чем коллекторы от лучших немецких компаний, которые, в свою очередь, способны прослужить и дольше названного 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.
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