Солнечный коллектор для отопления дома: плюсы и минусы

Солнечный коллектор для отопления дома: плюсы и минусы

Солнечный коллектор для отопления дома

Размещено: 19 июля 2017 г.

Солнечный коллектор – это техническое устройство, которое используется для преобразования солнечной энергии в тепловую. Солнечные коллекторы по типу охлаждающей среды делятся на воздушные и жидкостные, в которых охлаждающей средой является вода или другое жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и т. п.). По конструкции эти устройства бывают плоскими и вакуумными.

Принцип действия

Все типы солнечных коллекторов можно использовать для обогрева дома или другого объекта, но принцип их работы, независимо от конструкции и типа теплоносителя, единообразен.

Принцип действия солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать солнечную энергию в видимом и невидимом для человеческого глаза диапазоне, поэтому внутри данного материала начинают происходить физические процессы, частицы начинают двигаться быстрее, и материал (вещество) нагревается. Тепло, выделяемое материалом при воздействии солнечного света, передается теплоносителю для дальнейшего использования.

Схематично принцип работы различных типов устройств можно отразить следующим образом:

Плоский солнечный коллектор, работающий на жидком теплоносителе: Плоский солнечный коллектор, работающий с воздухом: Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем:

В зависимости от конструкции, типа теплоносителя и способа его использования и теплопередачи солнечные коллекторы бывают:

В зависимости от типа конструкции:

    Плоский – это прямоугольная (коробчатая) конструкция из прочного материала, служащая корпусом устройства. Во внутреннем пространстве корпуса находится изоляция, на поверхности которой установлена ​​поглощающая пластина (поглощающая тепло). В специальные полости абсорбера помещаются трубы (обычно медные), по которым затем подается теплоноситель. Снаружи корпус заключен в поглощающее покрытие и защитное стекло. Вакуум – в этом типе устройств определенное количество вакуумных трубок объединено в общий коллекторный корпус. В корпусе расположен теплообменник, в котором хладагент, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию хладагенту внешнего контура.

В зависимости от типа теплоносителя:

    Воздуха; Воды.

В зависимости от способа использования теплоносителя:

    Пассивный – солнечный коллектор используется в паре с накопительным баком и используется для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных сетевых инженерных элементов (циркуляционный насос, элементы безопасности и т. Д.). Активная – установка, помимо коллекторной, укомплектована техническими устройствами (насос, предохранительные клапаны, накопительный бак, дополнительные нагревательные элементы хладагента) и может быть использована для горячего водоснабжения и отопления помещений.

По теплопередаче:

    Непрямое действие, когда в системе отопления (горячее водоснабжение) имеется накопитель-аккумулятор (аккумулятор), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной во внешнем контуре от солнечного света, и переданной во внутренний контур, циркулируя в горячем системы водоснабжения и отопления. Прямое действие, прямоточная – этот метод применяется в системах ГВС, причем циркуляция воды в коллекторном контуре происходит под влиянием перепада температур и за счет установки дополнительных элементов (кранов, вентилей и т. Д.).

Как работает зимой?

Вакуумные коллекторы чаще всего используются в системах отопления, так как они определяются своими техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основным элементом вакуумного солнечного коллектора является вакуумная трубка, в состав которой входят:

    Изолирующая трубка из стекла или другого материала, пропускающая солнечные лучи с минимальной потерей мощности; Вставлена ​​медная тепловая трубкаво внутреннем пространстве изоляционной трубы; Алюминиевая фольга и поглощающий слой между трубками; Крышка изолирующей трубки, которая представляет собой уплотнение, создающее разрежение во внутреннем пространстве устройства.

Принцип работы системы следующий:

Под действием солнечной энергии хладагент трубчатого контура испаряется и поднимается вверх, где он конденсируется в коллекторе теплообменника, передает свое тепло теплоносителю внешнего контура, затем стекает вниз, и процесс повторяется. Теплоноситель первого контура от теплообменника солнечного коллектора направляется в накопительный бак, где полученная тепловая энергия передается теплоносителю системы отопления и ГВС. Циркуляция теплоносителя внешнего контура осуществляется за счет установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающих работу системы в автоматическом режиме. В состав блока автоматики входят контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие заданные рабочие параметры системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и др.).

Читайте также:  10 советов о том, как покрыть крышу беседки в доме праздника дома

Чтобы система была эффективной и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и зимой планируется установка резервных источников энергии. Это может быть дополнительная система отопления с использованием теплоносителя, как на схеме ниже, где теплоноситель в дополнительном контуре нагревается с помощью различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Этого также можно добиться установкой электронагревательных элементов непосредственно в накопительном баке. Работа резервных источников энергии контролируется системой автоматизации, включая их в работу этих устройств в зависимости от потребностей.

Выгодно ли это

Выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания является важным критерием при определении эффективности использования устройств для преобразования солнечной энергии в другие виды энергии. Солнечная активность (время инсоляции) варьируется в разных регионах нашей страны, что видно на диаграмме ниже.
Эта диаграмма показывает, что наиболее благоприятные регионы для использования солнечной энергии с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год находятся в южных регионах страны. В этих регионах также нет холодных и продолжительных зим, что определяет возможность эффективного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения в этих регионах России.

Если необходимо создать абсолютно независимую систему от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что после установки только коллектора создание подобной системы будет невозможно, так как создать цикл теплоносителя, систему автоматизации и электричество не требуется. Поэтому для полной автономности необходимо проработать вопрос автономного электроснабжения подключаемого объекта. Поэтому для создания полностью независимой системы потребуются дополнительные финансовые затраты, что приведет к увеличению срока окупаемости.

Как сделать своими руками

Самым простым и в то же время самым эффективным решением является плоский солнечный коллектор, в котором вода является агентом теплопередачи.
Корпус устройства выполнен из подручных материалов. Это может быть дерево, черный профилированный или цветной металл. Размеры каркаса зависят от расположения солнечного коллектора, его предполагаемого использования и наличия необходимых материалов.

Во внутреннем пространстве мантии находится теплоизоляция, на которую помещается медная труба. Для создания большой поглощающей поверхности труба имеет спиральную форму. Для повышения эффективности устройства под трубку можно поместить слой фольги (не показан), это уменьшит теплопотери на дно. сторона устройства и увеличивает температуру во внутреннем пространстве корпуса.

Снаружи корпус закрыт защитным стеклом, зазоры заделаны. В местах подвода и отвода патрубков устанавливаются патрубки для холодной и горячей воды.
Изготовленное таким образом устройство можно использовать для подачи горячей воды в летний душ и для нагрева воды в бассейне, для этого необходимо подключить патрубки коллектора к выбранным установкам, после чего устройство готово к работе. .

Плюсы и минусы

Как и любое техническое устройство, солнечный коллектор имеет свои достоинства и недостатки, как с точки зрения использования, так и эксплуатации, а также по другим параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства плюсы и минусы разные, поэтому обязательно рассматривать их отдельно друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Преимущества использования:

При использовании в южных регионах с теплым климатом наилучшее соотношение цена / качество; При выпадении осадков в виде снега они обладают способностью самоочищаться; Они обладают высокой эффективностью при использовании летом; Относительно невысокая стоимость, по сравнению с аналогами других конструкций.

К недостаткам можно отнести: Значительные тепловые потери из-за конструктивных особенностей устройства; Низкая производительность труда в осенне-весенний период; Трудности при транспортировке и сборке готовой продукции;

Вакуумные солнечные коллекторы.

Высокая плавучесть конструкции создает риск повреждения ее элементов в процессе эксплуатации;

Читайте также:  Отвод дождевой воды с крыши дома: выбор материала и этапы монтажа, фото и видео - Строительный блог

Сложные и трудоемкие ремонтные работы. Преимущества использования: При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом наилучшее соотношение цены и качества; Небольшие тепловые потери в процессе работы по сравнению с аналогами другой конструкции; Возможность работы при низких и отрицательных температурах окружающей среды; Возможность работы при плохом солнечном свете в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);

Легкая и удобная установка, возможность транспортировки конструкции;

Надежность в эксплуатации. К недостаткам можно отнести:

Солнечные коллекторы: разновидности оборудования и особенности его использования

Относительно высокая стоимость;

Устройство и принцип работы

Строгие требования к установке, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Солнечные коллекторы – техническое устройство, используемое для преобразования солнечной энергии в тепловую. Их установка в частном доме позволит сократить, а в некоторых случаях полностью избавиться от расходов на отопление. Однако это оборудование связано со значительными расходами, поэтому при покупке и установке важно не ошибиться.

Солнечный коллектор – это панель размером несколько квадратных метров, внутри которой находится встроенный нагревательный элемент, накапливающий солнечную энергию. В целом принцип работы этого устройства можно сравнить с обычным водонагревателем. В нем собираются лучи и передаются в теплообменник, наполненный теплоносителем, который нагревается и начинает циркулировать в системе отопления.

Направление движения можно изменить с помощью мешалки. Охлажденный теплоноситель возвращается в бак. Естественная циркуляция обеспечивается расширением теплоносителя, который поднимается вверх и выталкивает холодный теплоноситель в резервуар. В солнечный день движение постоянное, температура жидкости в трубах отопления держится на уровне + 70 градусов.

Комплектация различается в зависимости от типа теплоносителя и общей конструкции. У каждого типа есть свои преимущества и недостатки.

В зависимости от конструкции коллекторы делятся на следующие типы:

Открыть.

Это оборудование состоит из труб, не закрепленных снаружи системы. Конструкция максимально простая, поэтому некоторые народные мастера строят ее сами. Стоимость таких коллекторов даже в готовом виде невысока. Однако эффективность их работы очень низкая. Отсутствие утеплителя приводит к большим тепловым потерям. Такие системы можно использовать в основном для организации ГВС.

Закрыто

Плоские

В этих моделях система труб изолирована прозрачным стеклом с шириной полосы 0,4 – 1,8 мкм. Это обеспечивает максимальное поглощение солнечного света. Стекло надежно защищает трубы от механических факторов. Спектр применения закрытых коллекторов шире, чем открытых. Летом они покрывают потребность в горячей воде для бытового потребления. Зимой их можно использовать как основной или дополнительный источник тепла.

В зависимости от общей конструкции существует дополнительная классификация солнечных коллекторов:

    Панели покрыты прозрачным стеклом или поликарбонатом. Внутри находятся медные трубки, наполненные теплоносителем. Задняя часть доски покрыта минеральной ватой для теплоизоляции. Преимущества плоских коллекторов: высокая производительность;

возможность монтажа под любым углом;

    возможность самоочистки от снега.
    К недостаткам можно отнести:
    повышенная утечка тепла через лицевую сторону.

Вакуумный

Такие коллекторы эффективны как дополнительные.

источник тепла.

Коллекторно — концентраторный

Они в основном похожи на плоские коллекторы. Но производительность у них на порядок выше. Внутри прибора находится стеклянная колба, заполненная техническим вакуумом. Его стены покрыты высокоселективным веществом, поглощающим до 96% солнечного света. Вакуум нагревается до температуры + 300 градусов, предотвращая при этом утечку тепла. Коллекторы этого типа могут работать даже при низких температурах. Для них самое главное – наличие солнечного света.

Преимущества и недостатки

К недостаткам вакуумных коллекторов можно отнести их высокую стоимость.

Этот тип коллектора для отопления используется редко. Их основное предназначение – сушка сельхозпродукции на складах. Принцип работы моделей коллектор-концентратор основан не на нагреве теплоносителя, а на повышении температуры воздуха.

Главное преимущество коллекторов как источника тепла – повсеместная доступность солнечной энергии. Даже в туманную погоду эти устройства улавливают и накапливают в себе лучи, обеспечивая нагрев теплоносителя. При этом абсолютно отсутствуют вредные выбросы в атмосферу. Фактически, это наиболее экологически чистый вид энергии.

Читайте также:  Установка дверей в дом из газобетона

Коллекторы не производят шума. Из-за установки на крышу поверхность участков не должна быть заселена. К преимуществам также можно отнести: Долгий срок службы устройств. Качественные коллекторы изготовлены из ударопрочного материала, устойчивого к атмосферным осадкам и порывам ветра.

Независимость от внешних источников энергии. Коллекторы работают при длительных отключениях электроэнергии. Их хозяева не боятся перебоев в подаче горячей воды.

Особенности применения в разных регионах

Представление. Солнечные коллекторы даже в случае совместного использования с газом или электричеством снижают затраты на коммунальные услуги на 30-60%.

Однако использование солнечного отопления основано на нестабильности освещения. Именно тогда, когда тепло особенно необходимо, его подача ограничена. Ночью ноль.

Критерии выбора оборудования

Эффективность использования солнечных коллекторов зависит от широты дома. Их установка более уместна на юге, где большую часть календарного года преобладает солнечная погода.

Однако во многих регионах коллектор работает по максимуму летом и по минимуму зимой. Это связано не только с количеством солнечных дней, но и с углом падения лучей.

    Главное требование при покупке солнечных систем – правильный расчет мощности. Для начала нужно определиться, будет ли система круглогодичной или сезонной:

Сезонные коллекционеры состоят из магазина и коллекционера. Вода является теплоносителем. Он замерзает при минусовых температурах, поэтому его нельзя использовать в холодное время года.

Круглогодичные системы можно эффективно использовать независимо от температуры окружающей среды. В конструкции используется незамерзающая вода, что обеспечивает высокую производительность даже в холодную погоду. Для приблизительного расчета можно использовать следующую информацию:

Для отопления нужен котел объемом, равным 3-кратному объему теплоносителя в системе отопления.

Количествотрубы подбираются в зависимости от индивидуальных особенностей постройки.

Не рекомендуется увеличивать мощность более чем в два раза. Летом это вызывает проблемы с использованием тепла. В противном случае существует риск застоя системы, что является одной из проблем солнечных коллекторов. Если от контура отводится недостаточно тепла, теплоноситель перегревается.

Он может выкипеть, что приведет к остановке циркуляции. После того, как теплоноситель остынет, можно продолжить работу. Однако не все теплоносители переживают переход жидкости в газообразное состояние. Некоторые из них превращаются в желе, что не позволяет системе работать дальше. Устойчивый отвод тепла поможет избежать застоя: Установить резервный накопитель горячей воды. Предварительный подогрев воды в бассейне. Канализация горячей воды. Внешний теплообменник с вентилятором.

Требования к установке

Отвод тепла на землю.

Изоляция коллектора от солнечного излучения. Например с автоматическими жалюзи.

Подключение к отопительной системе

Эффективность солнечных систем зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор необходимо располагать на открытом пространстве, где нет тени от построек, деревьев и гор.

Ориентация важна. В Северном полушарии «зеркала» должны быть обращены строго на юг. Если это технически невозможно, выберите юго-запад или юго-восток.

Способ подключения зависит от типа используемой цепи. Самый простой способ – подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главное правило в таком варианте – водяное отопление.

Накопительный бак подключается выше уровня коллектора. Верхний выход соединен с входом горячей воды, а нижний выход сзади. На входе в коллектор могут появиться воздушные карманы. Подключение к системе принудительной циркуляции немного отличается: Контроллер управляет насосом на основании показаний датчиков.

Оцените статью
Добавить комментарий