Гелиосистема для нагрева воды | jukond.site

В рамках статьи предлагаю рассмотреть систему по нагреву воды с использованием энергии солнца в средних широтах. Рассматривать вариант применения гелиосистемы для отопления дома мы в данной статье не будем. На это есть несколько немаловажных причин. Во первых, нет никакой надежды на то, что солнышко будет светить каждый день на протяжении всего отопительного сезона. Во вторых, эффективность работы солнечных коллекторов в зимнее время очень мала. Поэтому использовать зимой гелиосистему даже как дополнительный источник тепла не имеет смысла.

Я полагаю что многим будет интересна гелиосистема для нагрева воды, работающая в тёплое время года. Чтобы горячая вода была в доме круглый год, я планирую использовать два источника тепла. Полгода будет работать гелиосистема, полгода — компостная куча. О способе получения тепла из компоста можно прочитать в статье «Тепло из органики«. Причем оба источника тепла будут отдавать тепловую энергию одному теплообменнику. В его качестве будет использован многоконтурный электрический бойлер, который будет подогревать воду до нужной температуры в случае необходимости.

Оба контура подогрева воды будут конструктивно одинаковыми, разными будут только источники тепла. На изображении выше показана схема подключения к бойлеру гелиосистемы и отопительного котла. Схема универсальна и подходит для использования разных источников тепловой энергии. Но в случае использования тепла компостной кучи потребуется установка точно такого же оборудования, как и в гелиосистеме. Я имею в виду циркуляционный насос и автоматику.

Автоматика хоть и стоит прилично, но польза от её применения стоит того. При падении температуры теплоносителя она вовремя остановит работу циркуляционного насоса, что позволит сохранить тепло в бойлере. Таким же образом она будет работать и в контуре с источником тепла из компоста. Установку и наладку автоматики лучше всего доверить профессионалам, в дальнейшем расходов и особого ухода в процессе эксплуатации не потребуется. Расходы потребуются только в случае поломок. От них никто не застрахован.

На схеме выше изображена самая простая гелиосистема для нагрева воды. Здесь также предусмотрена автоматика и насосная группа. Схема несложная, но её можно упростить и удешевить. Правда, придётся пожертвовать некоторыми удобствами, но не всех это пугает. Для этого её нужно сделать гравитационной, то есть заставить теплоноситель циркулировать в системе самостоятельно. Законы физики ведь ещё никто не отменял.

Для этого бойлер нужно разместить выше солнечного коллектора. Нагретый теплоноситель будет стремиться вверх, охлаждённый опускаться вниз, опять нагреваться в коллекторе и стремиться вверх. Чем выше температура теплоносителя, тем выше скорость циркуляции. В таком случае автоматика и насос в схеме не нужны. Система становится проще и заметно дешевле, недостаток только один. После захода солнца теплоноситель начинает забирать тепло из бойлера и утром горячей воды не будет. Конечно, можно врезать в контур запорный вентиль, закрывать его каждый вечер и открывать каждое утро.

Виды солнечных коллекторов

Плоские коллекторы самые простые по конструкции и доступные по цене. Представляют собой утеплённый герметичный короб, закрытый стеклом. Теплоноситель циркулирует по медным трубкам, расположенным в коробе и приваренным к медной пластине под названием адсорбер. Эффективная работа коллекторов напрямую зависит от угла падения солнечных лучей. Плоские солнечные коллекторы прекрасно справляются с своей задачей в тёплую половину года и практически бесполезны зимой. Все самоделки делаются именно такой конструкции.

Трубчатые вакуумные коллекторы представляют собой наборные панели со стеклянными трубками. В каждую из трубок помещён адсорбер и для уменьшения теплопотерь откачан воздух. Такая конструкция позволяет использовать коллекторы в холодное время года. Трубчатая конструкция позволяет коллектору эффективно работать при разных углах падения солнечных лучей. Единственный большой недостаток трубчатых солнечных коллекторов, это их высокая стоимость.

Рекомендую посмотреть обзорные видео от самоделкиных. Есть очень толковые устройства. Кое что я даже взял на заметку.

Гелиосистемa или гелиоустановка для горячего водоснабжения и отопления дома

Гелиосистема (гелиоустановка) — это устройство, которое позволяет использовать дармовую энергию солнца для горячего водоснабжения и отопления. Причем, современные системы такого типа позволяют превратить энергию солнечного излучения в тепловую, независимо от погоды и времени года. О принципе работы, устройстве и выборе оборудования для гелиосистемы Вы можете узнать из данной статьи.

 

 

 

 

 

Содержание статьи:

>Устройство и виды

>Где лучше устанавливать

>Выбор оборудования

>Окупаемость

>Видео по теме

 

 

 

Гелиосистема (гелиоустановка) позволяет использовать солнечную энергию  для горячего водоснабжения и подогрева воды в бассейне или даже для отопление всего дома. Правда, чтобы отапливать дом с помощью такой системы необходимо достаточно большое количество солнечных коллекторов.

Солнечный коллектор (гелиоколлектор) – основной элемент в конструкции гелиосистемы. Он может быть выполнен в виде пластин (плоский) или в виде вакуумных трубок. Солнечные лучи, попадая на поверхность коллектора, поглощаются им и, тем самым, нагревают теплоноситель, который циркулирует в коллекторе, до температуры 90 – 140^оС.

По трубопроводам высокотемпературный теплоноситель подаётся в бак – аккумулятор, нагревая в нём воду. Эту воду можно использовать для горячего водоснабжения или отопления дома. Остывший теплоноситель возвращается обратно в коллектор.

Накопительный бак горячей воды представляет собой  ёмкость объёмом 250 – 500 литров, которая используется в гелиоустановке как аккумулятор тепла, полученного от солнечного коллектора. Конструктивно такой бак похож на бойлер – он имеет один или два внутренних теплообменника. К тому же он может иметь дополнительный электрический нагреватель.

Такой накопительный бак аккумулирует и долгое время сохраняет, полученное из солнечного коллектора, тепло, а при необходимости, и подогревает воду с помощью электронагревателя и обеспечивает теплообмен с основной системой отопления дома.

Виды гелиосистем

 

Современные гелиосистемы могут отличаться:

• количеством контуров теплоносителя — могут быть одно- или двухконтурными;
• способом циркуляции теплоносителя – она может быть естественной или принудительной.

В одноконтурных гелиосистемах (рис. 1) в коллектор поступает вода из бака-аккумулятора. Эта система достаточно проста и имеет самый высокий КПД. Принцип её действия основан на естественной конвекции – тёплая вода поднимается вверх. В такой гелиоустановке циркулирует вода, непосредственно используемая для горячего водоснабжения или отопления.

Рис. 1 Схема одноконтурной гелиоустановки с естественной циркуляцией.

Её недостаток — для эффективной работы в качестве теплоносителя необходима качественная «мягкая» вода, а в системах водоснабжения часто вода жёсткая (особенно при автономном водоснабжении из скважины или колодца). Содержащиеся в такой воде соли и примеси могут привести к быстрому разрушению такой гелиосистемы. К тому же вода в системе может просто замёрзнуть при отрицательных температурах воздуха.

Поэтому в условиях нашего климата более рационально использование двухконтурной гелиоустановки (рис. 2).
В ней циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость), тепловая энергия которого из коллектора(1 на фото справа) передаётся воде в баке-накопителе(2) с помощью теплообменника.

Такой теплоноситель может циркулировать в гелиосистеме естественным образом или принудительно – с помощью циркуляционного насоса, что более эффективно.

Следующий элемент гелиосистемы (гелиоустановки) с принудительной циркуляцией – циркуляционный насос или насосная станция(4), которая представляет собой готовый к подключению комплект, состоящий из насоса  гелиоконтура (одного или нескольких), запорной арматуры (вентилей, термовентилей), предохранительного клапана, механического воздухоотводчика и расширительного мембранного бака (3). Бак выбирается исходя из объёма гелиосистемы. Кроме этого, такая гелиоустановка укомплектовывается автоматическим регулятором(5)

.

Рис. 2 Вариант двухконтурной гелиоустановки для горячего водоснабжения и отопления с принудительной циркуляцией.

Где лучше устанавливать и как ориентировать

 

Коллектор гелиосистемы можно установить на крыше дома, на открытой площадке (на земле или балконе), возле бассейна и т.д.  При этом необходимо учитывать экспозицию (север-юг) и угол наклона (0-90^о), которые имеют большое значение для эффективности ее работы. Максимально эффективна южная ориентация.

Функционирование гелиоустановок возможно в любое время года, но наибольшая производительность – в период весна-лето-осень.

Выбор оборудования

 

Благодаря гелиосистеме можно принимать тёплый душ, даже если солнце спряталось за облаками. Площади коллектора в 4-6 м

2 хватит для покрытия 60% необходимой энергии для горячего водоснабжения частного дома. При площади коллекторов около 10 м² в сочетании с комбинированным баком-водонагревателем можно уже поддерживать систему отопления дома. При этом, если энергии солнца не хватает, автоматически подключается отопительный котёл.

Решающими факторами при выборе оборудования для гелиоустановки являются:

• необходимый расход горячей воды;
• тип и количество санитарно-технических приборов;
• численность семьи;
• уровень горячего водопотребления (повышенное или экономное).

Гелиоустановка, как и отопительная система дома, требует периодического контроля и проверки состояния, которые необходимо проводить не реже одного раза в год. Как правило, осмотр и проверка их состояния осуществляется перед началом каждого отопительного сезона и по его окончании.

Окупаемость

 

Для жителей европейских стран срок окупаемости гелиосистем, по оценкам специалистов, составляет от 3 до 5 лет. Для жителей России и Украины эти цифры повыше. Но с учётом постоянного повышения тарифов на газ и электроэнергию, в перспективе, сроки окупаемости будут постоянно уменьшаться.

Среднегодовая экономия энергоресурсов, при использовании гелиоустановок, составляет 60-70% — по сравнению с использованием только обычных видов отопления – газа, электроэнергии, угля или дров.

Видео по теме

 

Ниже Вы можете посмотреть видеоролик о том, как работает солнечный коллектор.

С этим материалом часто читают:

 

< Предыдущая		Следующая >

Гелиоустановка для подогрева воды и теплиц своими руками (чертежи) | Своими руками

Давно мечтал заиметь солнечный подогреватель воды для хозяйственных нужд. Начал потихоньку подбирать водопроводные трубы 6/у и тройники, еще даже не представляя толком всей конструкции.

Нагрев воды солнцем

А тут в городской квартире потек плоский стальной радиатор (все сантехники и продавцы его знают как ПСД-1280). Поставил новый, а старый рабочие предложили сдать в металлолом. Но я посмотрел на него и понял: вот же она, солнечная батарея!

Правда, низ радиатора проржавел в нескольких местах, и заварить его можно было только тонкими электродами или с помощью специального сварочного аппарата. Короче, морока.

И тогда я перевернул его вверх ногами – теперь дырки будут выпускать воздух при заполнении радиатора водой. Решение пришло, а все остальное было уже делом техники. Изготовил короб (рис. 1) буквально из полугнилых досок толщиной 20 мм и размером 1380×680 х160 мм (дно тоже из них сколотил). Внутри проложил по стенкам два слоя бросового картона, установил и закрепил болтами сам радиатор, а в качестве ножек использовал два бруска (8). Короб, кстати, был окрашен на заводе в коричневый цвет, поэтому я не стал его дополнительно покрывать темной краской. «Солнечную» стенку короба сделал из стекла 5 мм.

После этого на верхний патрубок радиатора навернул уголок на 3/4 дюйма (3) – вот и заливная воронка, в которую входит поливочный шланг. А на нижний патрубок навернул тройник (5) такого же диаметра с бочонком (4) для переливной трубки. Для слива горячей воды служит кран с патрубком (7).

Когда заливаемая вода начнет вытекать из переливной трубки, сразу снимаю поливочный шланг. В радиатор входит полведра воды.

На солнышке всего за полчаса она нагревается до 70-80°. А за час -целое ведро.

---

Ссылка по теме: Солнечные батареи (коллекторы, гелиосистемы) для нагрева воды в частном доме

---

Если на улице жара под 30°, то от воды пар идет -почти кипяток, руки можно обжечь. Если в начале эксплуатации вода ржавая, то потом она светлеет и вполне пригодна для полива растений, стирки одежды, мытья посуды. Супруга сначала скептически отнеслась к моей идее, а теперь говорит: «Да, вполне нормальная штука». Так как подогреватель на участке поначалу негде было установить, я водрузил его на ящик, где «квасится» перегной. Потом смотрел-смотрел, да так и решил все оставить.

Итог: вся арматура у меня имелась в хозяйстве, и на изготовление подогревателя из отходов я не затратил ни копейки! Но вообще-то, даже если покупать для этой цели новый радиатор, он обойдется очень недорого, поэтому затраты окупятся очень быстро.

Солнечная «батарея» и нагрев теплицы

Короче, как вы уже поняли, проблему с горячей водой для хозяйственных нужд я решил. Но аппетит-то приходит во время еды. и однажды, любуясь своим агрегатом, я неожиданно придумал, как на его основе сделать настоящую гелиоустановку. Да-да! Такое устройство можно применять даже для подогрева теплиц. Тут тоже все очень просто (рис 2).

В основе конструкции похожий короб, но уже 2 м в длину, 30 см в ширину и 1,5 м в высоту (в принципе, чем больше, тем лучше, но мне пока хватает и такого). Поскольку старые доски уже кончились, я его сделал из фанеры, которую в целях предохранения от влаги покрасил. Изнутри тоже утеплил картоном, стекло взял оконное. Обогревательный элемент – окрашенный лист тонкого железа.

В коробе имеется перегородка для естественной циркуляции воздуха по всему объему. А для его подачи в теплицу из гелиоустановки и обратного отвода в нее я использовал металлические гофрированные трубы (1 и 4). Их удобно монтировать, но они тонкие, и поэтому мне пришлось их утеплять (это, впрочем, несложная работа).

Еще одно замечание: со временем я понял, что чем быстрее будет происходить циркуляция воздуха, тем лучше. И врезал в верхнюю трубу небольшой вентилятор (3). В принципе, его можно оборудовать системой автоматического отключения на ночь (как это делается, знает любой электрик).

При использовании такой гелиоустановки быстрее разогревается воздух в теплице, а потом и грунт. А если обить ее изнутри поливинилхлоридной пленкой (она абсолютно прозрачна), то уже в начале марта можно сеять зелень вовсю.

Невольно возникает вопрос: почему дачники не занимаются своими теплица ми? А если и занимаются, то кое-как, и сажают то поздно, то по принципу «что получится, тому и будем рады». Вот я прошлой осенью съездил к сестре в Среднюю полосу. Супруг ее, плотник по профессии, ходит из угла в угол, делая вид, что делает что-то, а у самого нет даже простого примитивного парника, не говоря уж о нормальной полноразмерной теплице, в которой имеются буржуйка и двойное остекление.

Про такую гелиоустановку, как у меня, вообще не говорю. А ведь совместив все это, каких результатов можно было бы достичь! Еще и на продажу бы оставалось, а лишняя копейка всегда кстати.

Но ничего этого большинство владельцев участков не делают. Вы посмотрите в городах, какие прекрасные лоджии и балконы – настоящие оранжереи. Но не зеленеет в них рассада и зелень. Не понимаю. Может мне, старику, кто-либо толком объяснить? Очень хотелось бы.

А у кого есть вопросы по подогревателям, можно мне написать. От вас конверт с обратным адресом. Так же могу помочь эскизами по строительству двойного парника для рассады и ранней продукции – очень выгодная вещь.

---

Ссылка по теме: Парники и теплицы своими руками

---

Солнечная установка для подогрева воды и теплиц

©Валерий Горланов г Петрозаводск.

ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАСТЕРОВ И МАСТЕРИЦ, И ТОВАРЫ ДЛЯ ДОМА ОЧЕНЬ ДЕШЕВО. БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ.

Ниже другие записи по теме «Как сделать своими руками — домохозяину!»

Тележка для перевозки грузов по лестнице своими руками Как сделать тележку на которой…

Лотки и стаканчики для продажи малины и других ягод своими руками Как сделать лоток своими руками…

Электрообогрев теплицы своими руками – схема Отопление теплицы при помощи электрического…

Устройство для ускорения прогрева воды в душе Чтобы вода в летнем душе…

Идеи своими руками – выпуск 1 Идеи для дома своими руками С…

Как снизить температуру в теплице Способы снижения температуры в теплицах Если…

Дачный туалет – чертежи Чертежи туалета для постройки на…

---

Подпишитесь на обновления в наших группах и поделитесь.

Будем друзьями!

видео-инструкция как сделать гелиоотопление своими руками, фото и цена

Энергосберегающие технологии не стоят на месте – с каждым годом на рынке появляется все больше и больше предложений по продаже и установке тех или иных экономичных систем обогрева дома. Пожалуй, одно из самых необычных и привлекательных предложений – это гелиоотопление.

В этой статье мы рассмотрим, что это вообще такое, а также разберемся в особенностях данной технологии. Кроме того коснемся и некоторых нюансов установки.

Фото дома, на кровле которого установлены солнечные коллекторы

Итак, начнем.

Что представляет собой гелиосистема

Если вкратце, то суть такой системы в том, что она преобразует солнечную энергию в другие типы энергии. Гелиосистемы на данный момент применяются для получения либо тепловой, либо электрической мощности.

Основной компонент тут – это солнечный коллектор. Главное отличие изделия от солнечной батареи заключается в том, что последняя является «поставщиком» непосредственно электричества. А коллектор же выполняет нагрев теплоносителя.

Схема работы солнечной батареи для поставки электричества в дом

То есть устройство накапливает солнечное тепло, которое переносится видимым переносимым светом и инфракрасным излучением, и затем как бы «передает» все накопленное тепло в воду системы отопления и горячего водоснабжения.

Отсюда вытекают основные сферы применения коллекторов:

1. Отопление и поставка горячей воды в коттеджах, домах и дачах.
2. Подогрев воды в бассейнах.
3. Нагрев теплоносителя в системах водяных теплых полов.
4. Дополнительный элемент отопления в крупных промышленных зданиях и административных учреждениях.

Теперь начнем более подробный обзор.

Принцип работы конструкции

Коллектор стандартного типа представляет собой квадратную или прямоугольную панель, под которой располагается пластина – «поглотитель» тепла. Внутри пластины проходит жидкость-теплоноситель, которая после нагрева переходит в специальный накопительный бак, где уже и собирается основное количество горячей воды.

Схема работы системы с накопительным баком

Обратите внимание! Накопительную емкость нужно постараться утеплить максимально эффективно, чтобы вода остывала как можно медленнее. Если это будет обычная сталь безо всяких изоляционных прослоек, то вода остынет буквально за ночь в летнее время и за пару часов в зимний период.

Принцип тут довольно простой – чем больше площадь поверхности конструкции, тем большее количество тепла способна создать система. По сути, тут действует принцип теплицы – плоскость нагревается и внутри коллектора скапливается огромное количество горячего воздуха.

При этом конструкция имеет очень хорошую, грамотно продуманную теплоизоляцию, благодаря которой накопленное тепло не «уходит» за пределы панели, а гарантированно остается внутри.

Пример здания с огромной площадью гелиосистем

Автоматически получается, что гелиосистема для отопления обладает таким важным качеством, как абсолютная экологичность. Ведь тут при нагреве воды не происходит никаких вредных выбросов углекислого газа и токсичных веществ.

Конструкции бывают двух видов:

1. Активные системы. В них горячая вода подается в бак с помощью специальных электрических насосов.
2. Пассивные. Тут циркуляция воды происходит естественным способом.

С основными данными закончили, теперь ознакомимся с особенностями системы.

Преимущества и недостатки

Лучше всего разобрать все в сравнительной таблице.

Плюсы гелиосистем:	Минусы:
Высокий уровень экономичности – при правильной установке и расчете, снижение затрат на обогрев дома может достигать 30-50%.Все зависит от того насколько верно рассчитана мощность оборудования и насколько хорошо утеплен дом. Что же касается горячего водоснабжения, то тут можно достигнуть и планки в 90-95%.	Существует прямая зависимость от погоды и силы солнечного света. Естественно, что в пасмурную погоду гелиосистема будет нагревать воду довольно медленно.Кроме того есть и такой негативный фактор, как сезонная зависимость – в большинстве регионов в зимний период не очень-то и солнечно.
Долгий срок службы, который обычно составляет не менее 25 лет!	Инструкция монтажа хоть и довольно проста, но самостоятельно такой сборкой лучше не заниматься. Во-первых, если работы выполняют не продавцы, то срок гарантии автоматически уменьшается, а, во-вторых, тут все-таки требуется определенный опыт и знания.
Во время эксплуатации не требуется постоянного контроля, по сути, можно месяцами не проверять ничего.	Система не везде может эффективно работать. Например, если ваша квартира выходит на северную или теневую сторону, то устанавливать коллектор бессмысленно, потому что подогрев в такой ситуации будет очень слабый.

На плоскость приборов попадает тень

Ну и, конечно, нельзя не отметить главную особенность коллекторов – цена систем такого типа довольно высокая и без «прицела» на долгие годы или на большие объемы горячей воды – их покупать нецелесообразно.

То есть если в доме вы проживете несколько лет, то дешевле будет переплачивать за другую энергию. А вот если такую покупку делать для приморского пансионата, например, или для дома, где вы живете постоянно, то это решение однозначно выгодное.

Теперь стоит коснуться одного важного момента.

Виды гелиосистем

На рынке вы можете встретить две модели коллекторов – плоские и вакуумные, и этот нюанс может стать затруднением, потому что продавцы-консультанты далеко не всегда могут объяснить толково и доступно в чем тут разница. Кроме того иногда перед работниками магазина может стоять задача склонять покупателя в сторону какого-то одного варианта, который, кстати, не всегда является оптимальным.

Мы расскажем о том, чем отличается одна гелиосистема от другой, чтобы максимально облегчить вам процесс выбора.

Начнем обзор этого момента.

Вакуумные коллекторы

Вакуумные изделия

Конструкция такого типа устроена по принципу термоса – трубки с теплоносителем вставлены в трубки большего диаметра и получается, что между ними создается вакуумная прослойка, которая служит теплоизоляционным слоем. В принципе считается, что такая прослойка позволяет сохранять около 95% накопленного тепла.

Обратите внимание на то, что теплоносителем в таких системах может служить не только вода, но и также практически любой антифриз. Это свойство позволяет максимально обезопасить трубы или радиаторы от разрыва в зимний период в случае аварийной остановки системы.

Изделие вакуумного типа обладает такими положительными качествами:

1. Ремонтопригодность. Поскольку прибор состоит из трубочек, то при поломке одной из них – ее легко можно заменить на другую. При этом, как вы понимаете, замена трубочки по стоимости гораздо ниже обойдется, чем замена прибора целиком.

Так выглядят тепловые трубки

2. Способность нагревать воду до температуры кипения.

Что же касается недостатков, то можно выделить такие особенности:

1. Трубочки довольно хрупкие, поэтому панель боится механических ударов и нагрузок. Даже при небольшой трещине на стеклянной поверхности – поврежденный элемент коллектора мгновенно теряет свои теплосберегающие свойства.
2. Ухаживать за вакуумным изделием трудно, так как очистить каждую трубочку от снега, пыли или грязи довольно проблематично. Во-первых, к месту установки еще нужно добраться, а, во-вторых, если накопителей много, то протереть все трубочки – та еще работа.

И рассмотрим второй тип нагревателей.

Плоские панели

Плоские приборы

По сути, данные изделия представляют собой тонкие короба из металла, которые закрыты либо стеклянной, либо пластиковой крышками. А вот уже внутри такого короба и располагаются все те же трубочки с теплоносителем. Короба имеют довольно хороший уровень теплоизоляции и трубочки внутри них могут быть сделаны из матового или прозрачного стекла.

Совет: эффективнее всего использовать варианты с матовым стеклом, в котором уровень содержания железа не очень высокий. Такие решения стоят немного дороже, но зато этот материал пропускает солнечное излучение практически на все 100%. То есть нагрев теплоносителя будет осуществляться быстрее.

Плоские изделия труднее и дороже ремонтировать своими руками за счет того, что при выходе устройства из строя – заменить придется всю панель. Но зато за счет наличия защитной крышки и короба – стойкость к механическим повреждениям тут довольно высокая.

Ну и уход – согласитесь, плоскую большую поверхность гораздо легче протереть, чем массу трубочек.

В принципе, если говорить о том, какой вариант лучше, то универсального ответа тут нет. Ориентироваться нужно на бюджет и особенности задачи. Если требуется решение, в котором температуру воды требуется повышать всего лишь на 20-40 градусов выше от показателей окружающей среды, то оптимально подойдет плоский коллектор.

Ну а если нужна максимально горячая вода и нет опасности механических повреждений, то лучше взять вакуумный аналог.

В целом же стоит помнить, что основное назначение гелиосистем – это совместная работа, в комплексе с другим теплогенератором. То есть гелиосистема для отопления первично нагревает теплоноситель, когда мощность солнечного света позволяет это сделать, а газовый или электрический котел отопления при необходимости доводят жидкость до более высокой температуры.

Пример системы, работающей в комплексе с основным котлом отопления

Вот только в такой «связке» данная технология будет выгодной и эффективной. Безусловно, можно попытаться сделать абсолютно автономное солнечное отопление и горячее водоснабжение – и это реально, вот только затраты будут очень большими.

Ведь в нашей стране изменчивые погодные условия, а значит, придется устанавливать большое количество панелей и при этом в регионах с очень суровым климатом все равно придется использовать дополнительные котлы для подстраховки.

Теперь коснемся еще одного момента.

Рекомендации по установке

В этом списке мы перечислим те моменты, к которым монтажники должны подойти со всей ответственностью.

Итак, важны такие нюансы:

1. Площадь гелиополя. То есть позаботьтесь проверить, достаточное ли количество панелей вы приобрели. Также часто случается так, что магазин в погоне за прибылью продает слишком большое количество изделий.
2. Угол наклона коллекторов.

Исходные данные для вычисления оптимального угла наклона прибора

3. Объем накопительного бака.

Во всех случаях самым лучшим решением будет взять консультацию у независимого специалиста и уже с этими расчетами идти в магазин.

На этом наш обзор завершен, и можно перейти к итогам.

Вывод

Мы с вами рассмотрели, что такое гелиосистема для отопления, разобрались в том, какие они бывают, а также вкратце коснулись и тех важных моментов, которые нужно учитывать при установке.

Надеемся, что информация вам пригодится в деле, и вы сможете приобрести по-настоящему подходящую систему и проследить за тем, чтобы ее установили правильно. Если же сведений показалось недостаточно, то обратите свое внимание на дополнительное видео в конце данной статьи.

Самодельный солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

Ответственная стадия сборки

Заключительным этапом вам надо собрать корпус, который скрепит все компоненты устройства в единую конструкцию. Используя лист фанеры и деревянные бруски, нужно сбить прочный ящик. В используемых деревянных брусках заранее прорежьте пазы, в них вы потом вставите экран из поликарбоната (глубина паза около 0,5 см). Выходные отверстия для трубок можно сделать уже после того, как установите все основные компоненты. Далее, в уже собранный деревянный ящик, чтобы создать воздушный карман, вы укладываете изоляцию из минваты. Поверх минваты крепите панель со змеевиком. Края ваты подворачиваете так, чтобы змеевик не дотрагивался до стенок ящика. Нагревательная панель и панель из поликарбоната также должны иметь между собой расстояние и не прикасаться друг к другу.

Завершающая стадия состоит в обработке корпуса специальным раствором с водоотталкивающей способностью и покрывается эмалью (за исключением лицевой части).

Солнечный коллектор из старых рам

Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает поте

устройство, виды и как сделать своими руками

Солнечные гелиоколлекторы – это устройства, позволяющие с помощью солнечной энергии нагревать теплоноситель, тем самым отапливая помещение и/или нагревая воду для бытовых нужд. Использовать их можно в качестве основного источника тепла или дополнительного в комплекте с другим обогревателем. Они могут работать как в ясную, так и в пасмурную погоду.

Устройство солнечных гелиосистем

Гелиосистема – это полный комплект оборудования для преобразования из солнечного света тепловой энергии.

В неё входят следующие элементы:

• солнечные коллекторы;
• бак-аккумулятор;
• насос;
• контроллер управления.

Схема и принцип работы гелиоколлектора

Бак-аккумулятор содержит внутри себя теплообменник. Через него происходит передача тепла от теплоносителя воде, которая находится в бачке. Также во время монтажа бака-аккумулятора учитывается возможность дополнительно нагревания воды до нужной температуры, например с помощью газового котла. Это необходимо на тот случай, если погода пасмурная и холодная и не хватает мощности коллектора.

Насос используется для создания циркуляции теплоносителя от гелиоколлектора до бака и обратно. Контролер управления необходим для контроля над работой всех частей системы, в том числе для защиты от перегревания.

Обратите внимание! Дополнительно рекомендуется установить источник бесперебойного питания, на случай отключения от основной сети.

В конструкцию солнечного коллектора входит медная панель, которая покрыта высокоселективным материалом. Корпус чаще всего выполнен из алюминия. Стекло используется только ударопрочное и с малым содержанием металла.

Как работают

Панель солнечного коллектора преобразует инфракрасное излучение в тепловую энергию. Полученное тепло, передаётся теплоносителю, который по трубам протекает в бак-аккумулятор. Там он передаёт тепло воде, тем самым нагревая её. Остывший теплоноситель обратно возвращается в солнечный коллектор, и всё повторяется снова.

Обратите внимание! От того насколько эффективно работает гелиоколлектор, зависит производительность всей системы. Чем больше энергии он поглотит и чем меньше потеряет, тем выше будет КПД системы.

Виды солнечных коллекторов

Наиболее распространёнными считаются плоские и вакуумные гелиоколлекторы.

Вакуумные

Главным элементом вакуумного устройства является тепловая труба. Внешне представляет собой ряд, состоящий из стеклянных трубок, заключённых в алюминиевом каркасе. Каждая трубка состоит из двух трубок разных диаметров, а между ними находится вакуум. Благодаря нему теплоноситель внутри неё намного лучше защищён от воздействия температуры окружающей среды.

Устройство вакуумного гелиоколлектора

Медная труба с меньшим диаметром содержит внутри себя специальную нетоксичную жидкость. При нагревании она испаряется. Пар поднимается к самому верху трубки – к наконечнику. Там он отдаёт тепло теплоносителю, находящемуся в теплопроводе.

Обратите внимание! Нетоксичная жидкость испаряется даже при температуре на улице -30°С, благодаря вакууму между трубками.

Конденсируясь на стенках трубы, жидкость обратно стекает вниз. Далее процесс снова повторяется. Все трубы расположены параллельно. Угол наклона зависит от места монтажа системы и географической широты объекта. Панель должна быть направлена на юг.

Устройство водонагревательной системы с использованием вакуумного гелиоколлектора

Солнечный гелиоколлектор отлично работает даже в пасмурную погоду, так как вакуумные трубки хорошо поглощают инфракрасное излучение, проходящее сквозь тучи. В отличие от плоских устройств на вакуумные оказывает меньшее влияние низкая температура на улице и ветер, благодаря изоляционным свойствам вакуума. Системы с солнечными гелиоколлекторами этого типа могут функционировать до -35°C.

 

Чтобы внутри трубок как можно дольше сохранялся вакуум, один их конец покрыт толстым слоем бария. Он поглощает различные газы, которые появляются во время эксплуатации и хранения устройства. Также барий является своеобразным индикатором. Если он изменил цвет с серебристого на белый, значит, вакуума в трубке уже нет и её следует заменить на новую.

Чтобы провести замену, не нужно останавливать всю систему. Также, если одна из трубок вышла из строя, то коллекторы всё равно продолжат работать как прежде. В случае необходимости в систему можно добавить трубки или снять лишние.

Преимущества вакуумных гелиоколлекторов:

• удобный монтаж;
• простое обслуживание;
• низкие теплопотери;
• длительный период работы.

К недостаткам относят невозможность самостоятельной очистки от снежных наносов, а также минимальный угол наклона должен быть не менее 20°.

Плоские

Внешне плоские солнечные гелиоколлектора представляют собой прямоугольную панель. Корпус выполнен из алюминия. Для подачи и вывода теплоносителя имеются 2 патрубка. Боковые стороны и одна стена утеплены теплоизолятором толщиной 3-4 см. Это позволяет значительно сократить теплопотери устройства.

Главная часть всего гелиоколлектора – это абсорбер, соединенный с теплопроводом. Именно он поглощает инфракрасное излучение. Сверху он закрыт закалённым стеклом с низким уровнем металла. Чаще всего поглощающий элемент делается из меди, так как она имеет высокую теплопроводность.

Устройство плоского солнечного гелиоколлектора

Принцип действия коллектора следующий: солнечные лучи проникают сквозь стекло и попадают на абсорбер. Он нагревается и передаёт тепло теплоносителю. В отличие от вакуумных систем, плоские коллектора могут самостоятельно очиститься от снега. Их монтаж можно провести под любым углом. Но по сравнению с вакуумными устройствами, у них больше теплопотери, и устанавливать их нужно только в полностью собранном виде. Еще один недостаток – в случае повреждения придётся менять всю панель. Но по сравнению с вакуумными, они более надёжные и простые.

Нюансы по использованию коллекторов для отопления или для нагрева воды

Количество устройств определяется в зависимости от потребностей. Солнечные гелиоколлектора можно объединять в группы. Объём и температура нагретой воды при этом зависят сразу от многих факторов, в том числе от температуры и погоды на улице, количества используемой воды и так далее. Поэтому температура нагрева воды будет разной каждый день.

Обратите внимание! В качестве теплоносителя внутрь солнечных коллекторов рекомендуется заливать нетоксичные антифризы. Это поможет использовать систему в холодных условиях, а также продлит срок её эксплуатации.

Перед тем как купить коллектор, следует точно определить цель использования и где он будет расположен. Чтобы правильно подобрать модель и количество.

Как сделать своими руками

Перед тем как приступить к сборке солнечного коллектора, следует сделать расчёты, чтобы устройство получилось качественным.

Схема сборки

Пошаговая инструкция:

1. Сначала собирается короб. Для этого используются доски толщиной 3 см и шириной 12 см. Дно делается из фанеры или текстолита. Для прочности устанавливаются ребра жёсткости. Чтобы древесина не гнила, её обрабатывают антисептиком.
2. На дно укладывается слой теплоизоляции (минваты). После чего её закрывают оцинкованным металлом.
3. Для создания теплообменника понадобятся 2 трубы с диаметром 1″ и длиной 70 см, 15 труб с диаметром 0,5″, длиной 160 см.
4. В трубах большего диаметра с шагом до 4,5 см проделываются отверстия для труб меньшего размера.
5. После чего всю конструкцию сваривают. При этом патрубки для входа и выхода теплоносителя должны находиться диагонально. Для входа внизу, для выхода сверху.
6. Готовый радиатор монтируют внутрь ранее сделанного короба. Крепится ко дну короба с помощью хомутов или полосок металла. Для максимальной передачи тепла, нужно закрепить его как можно плотнее.
7. Стыки тщательно заделываются герметиком. Дно короба и трубы окрашивается в чёрный цвет жаростойкой краской, тогда они будут поглощать больше тепла. Внешние детали окрашиваются белым, чтобы было меньше теплопотерь.
8. После того как краска высохла, короб закрывается стеклом (4 мм), но так, чтобы расстояние между ним и радиатором было не менее 1,2 см. Можно использовать стеклопакет, это повысит эффективность устройства.

Цена и окупаемость

С финансовой точки зрения солнечные гелиоколлектора необходимо считать инвестициями. Срок окупаемости может быть разным – от нескольких месяцев до нескольких лет. Зависит он от того, когда и сколько раз будет использоваться система.Срок службы солнечных гелиоколлекторов может быть более 30 лет. Но они в любом случае окупятся, учитывая, что они практически не требуют обслуживания.

Работоспособность всей системы полностью зависит от качества каждого элемента и правильности монтажа. Солнечные гелиоколлектора не смогут работать в полную силу, если будет неправильно подобрано остальное оборудование. Установку и проектирование лучше доверить профессионалам.

Установка гелиосистемы для отопления своими руками: фото, видео, отзывы

Отопление при помощи Солнца – давняя мечта человечества, периодически страдающего то от избытка солнечной энергии, то от ее недостатка. Гелиосистемы – попытка реализовать это желание на бытовом уровне.

Что такое гелиосистема

В общем случае это устройство, которое позволяет преобразовать солнечную энергию в другой вид энергии. По этому  признаку системы классифицируются на два вида.

• Система для теплообеспечения – установка, реализующая технологию солнечного коллектора. Конструкция преобразует световую энергию в тепловую, которая  используется для обогрева и организации снабжения горячей водой.
• Системы для энергообеспечения – типичный представитель – солнечная батарея, то есть совокупность полупроводников, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

Второй вид более универсален, но как указывается в отзывах, альтернативные источники энергии предпочтительнее использовать для отопления, так как последние требуют меньшей мощности.

Гелиосистема для теплобеспечения состоит из солнечного коллектора, бака-аккумулятора, теплоприемника и собственно системы отопления. Передачу тепла обеспечивает движение незамерзающего теплоносителя.

Коллекторы могут быть двух видов.

• Плоские –  панели из абсорбирующего вещества, защищенного солярным стеклом и располагающегося на термоизоляционном слое. Незамерзающая жидкость – антифриз, циркулирует по полиэтиленовым или медным трубкам по коллектору, нагреваясь, и передается  в бак. На фото – плоский коллектор на крыше.
• Трубчатый или вакуумный – панель, набранная из трубок. Трубка двойная: внешняя часть прозрачная, внутренняя покрыта абсорбером, между ними находится вакуум. Такой исполнение позволяет сохранить больше энергии – до 95%.

Особенности работы гелиосистемы

Как понятно из схемы устройства, источником энергии в системе является солнце. Отсюда вытекает, что наиболее эффективна гелиосистема летом, когда продолжительность дня и интенсивность солнечного излучения максимальны. В зимнее время эффект устройства имеет минимальное значение.

В силу этой особенности использовать солнечный коллектор в качестве основного источника тепла зимой не рекомендуется. Однако, при небольшой площади здания и высокой степени утепления гелиосистема может поставлять до 30% тепла, тем самым способствуя экономии других отопительных ресурсов.

Увеличить полезность устройства можно, используя его для горячего водоснабжения.

Рабочая площадь

Производительность коллектора зависит от площади его рабочего поля и степени освещения. Площадь определяется на основе летней нагрузки: затраты на горячее водоснабжение, поддержку системы, предотвращающую конденсацию, и так далее. Расчеты можно выполнить своими руками: для этого проще всего воспользоваться онлайн-услугой, указав количество обитателей, уровень потребления горячей воды и угол наклона, под которым возможно разместить панель.

Для отопления в зимний период гелиополе – рабочая площадь аппарата, должно быть в 2– 2,5 раза больше. Более точное значение может установить специалист, учитывающий степень утепления, особенности здания и тому подобное.

Угол наклона

Второй значимый фактор для производительности системы – размещение относительно движения солнца.

• Сторона света – юг, так как при любых погодных условиях большую часть дня солнце расположено на южной стороне небосвода.
• Угол наклона – если есть возможность выбирать расположение, то оптимальный угол – 60 градусов. Это положение обеспечивает максимальное попадание солнечных лучей на поверхность в зимнее время. Если выбора нет, то при наклоне менее 30 градусов рекомендуется установить вакуумный коллектор, так как плоский, судя по отзывам специалистов,  себя не оправдывает. На фото – вакуумный вариант.

Принцип действия гелиосистемы

Типовая комплектация содержит 5 обязательных компонентов:

• коллектор – плоский или трубочный;
• насос для подачи воды;
• бак-аккумулятор – в нем собирается нагретая вода;
• контроллер;
• доводчик – как правило, электрический тэн.

Предлагается два способ установки системы.

• Аккумуляция – в этом случае нагретая жидкость подается в бак-аккумулятор, нагревает воду, которая  при достижении соответствующей температуры, поступает в подающий трубопровод. В зимнее время нагрев воды недостаточен, поэтому бак дополнительные нагревается и с помощью котла или тэнов.
• Подача в систему отопления – коллектор соединяется водонагревателем, откуда нагретая  до нужной температуры вода попадает в бак, а затем в трубопровод. Такой способ соединения более выгоден, когда в системе действует котел отопления, так как в этом случае вода в бак попадает уже теплая, а значит, отопительный котел расходует меньше тепла.

Гелиосистема поддерживает как радиаторную систему обогрева, так и напольную.

Установка гелиосистемы

Производить своими руками монтаж возможно только при наличии нужного опыта. Как правило, самостоятельно выполняются работы по размещению системы на баню или душевые. Коллекторы наиболее удобно располагать на крыше – лучше инсоляция и меньше опасности оказаться в тени объектов, что само по себе представляет и сложность, и опасность для жизни.

• Аппараты размещаются на крыше здания: плоские укладываются на ее поверхности, трубчатые рекомендованы установить на опоры. Дело в том, что снег на плоских аппаратах не задерживается, в то время как с вакуумных его нужно будет очищать.
• Бак-аккумулятор, насос и теплообменник рекомендуется установить как можно ниже, соблюдая те же условия для естественной циркуляции, что и в обычной водяной системе отопления. Если предполагается установить насос, то расположение коллектора не имеет особого значения.
• В качестве теплоносителя рекомендуется использовать антифриз, так как зимой угроза замерзания воды сведет на нет все преимущества солнечного обогрева.

На видео демонстрируется установка коллектора своими руками.

Солнечное водонагревание | WBDG

Введение

На этой странице

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

На нагрев воды приходится значительная часть энергии, потребляемой многими жилыми, коммерческими, институциональными и федеральными объектами. По стране примерно 18% энергии, потребляемой в жилых домах и 4% в коммерческих зданиях, приходится на нагрев воды. Солнечные водонагревательные системы, в которых для нагрева воды используется энергия солнца, а не электричество или газ, могут эффективно обслуживать до 80% потребностей в горячей воде без затрат на топливо или загрязнения окружающей среды и с минимальными затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание.Солнечное водонагревание в настоящее время составляет менее 1% потенциального рынка водонагревания (около 1% жилых зданий имеют солнечное водонагревание, что обеспечивает около двух третей потребностей каждого здания в нагреве воды).

Солнечные водонагревательные системы могут эффективно использоваться на всей территории Соединенных Штатов на объектах, которые имеют подходящую крышу, ориентированную почти на юг, или близлежащие незатененные участки для установки коллектора. В различных типах зданий можно использовать солнечные системы нагрева воды, включая бассейны, жилые дома, отели, прачечные, больницы, тюрьмы и кухни.Солнечные водонагревательные системы наиболее рентабельны для объектов со следующими характеристиками:

• Нагрузка на нагрев воды постоянна в течение года (летом не работает)
• Нагрузка на нагрев воды постоянна в течение недели (используйте солнечное тепло каждый день)
• Стоимость топлива, используемого для нагрева воды, высока (примеры включают электричество, которое составляет 46% рынка водяного отопления, и пропан, который составляет 2% рынка в удаленных местах)
• Солнечный климат (полезно, но не обязательно — в 2003 г. тремя крупнейшими рынками были Флорида, Калифорния и Нью-Джерси).

Этот обзор предназначен для предоставления конкретных подробностей для федеральных агентств, рассматривающих солнечные технологии нагрева воды как часть нового строительного проекта или капитального ремонта.

Описание

Солнечная водонагревательная система состоит из нескольких основных компонентов, в том числе:

• Солнечные коллекторы
• Тепловой накопитель
• Системные органы управления / контроллер
• Резервный водонагреватель обычный.

Солнечный водонагреватель — это надежная технология с использованием возобновляемых источников энергии для нагрева воды.Солнечный свет падает и нагревает поверхность поглотителя в солнечном коллекторе или собственно резервуаре для хранения. Либо теплоноситель, либо реальная питьевая вода, которая будет использоваться, протекает через трубы, прикрепленные к абсорберу, и забирает тепло от него (системы с отдельным контуром теплопередающей жидкости включают теплообменник, который затем нагревает питьевую воду. ) Нагретая вода хранится в отдельном баке для подогрева или в обычном баке водонагревателя до тех пор, пока не понадобится. Если требуется дополнительное тепло, оно вырабатывается электричеством или ископаемым топливом с помощью традиционной системы водяного отопления.

Накопление тепла обычно требуется для того, чтобы связать синхронизацию прерывистого солнечного ресурса с синхронизацией нагрузки горячей водой. Как правило, достаточно от 1 до 2 галлонов воды для хранения на квадратный фут площади коллектора. Если используется теплообменник на стороне нагрузки, для хранения может использоваться питьевая вода или непитьевая вода. Для небольших систем хранилище чаще всего осуществляется в виде стальных резервуаров, облицованных стеклом.

Активные системы имеют регулятор «дельта-Т» (разность температур) для запуска и остановки насосов.Если температура на выходе из солнечного коллектора превышает температуру на дне накопительного бака на заданную величину, например, на 6 ° C или 42,8 ° F, контроллер запускает насос. Когда эта разница температур падает ниже другого установленного значения, например, 2 ° C или 35,6 ° F, контроллер останавливает насосы. Контроллер также будет иметь функцию верхнего предела для отключения насосов, если температура в резервуаре для хранения превышает третье значение, например, 90 ° C или 194 ° F. Из-за простоты и невысокой стоимости контроллера дельта-Т целесообразно сохранять средства управления независимыми от какой-либо системы управления энергопотреблением всей установки, хотя желательно включать некоторые показатели производительности системы, такие как выходной сигнал измерителя Btu или предварительный нагрев. датчик температуры бака в системе управления зданием.

Солнечные водонагреватели экономят энергию, предварительно нагревая воду до обычного водонагревателя. Солнечные системы горячего водоснабжения обычно рассчитаны на от 40% до 70% нагрузки по нагреву воды. Резервный обычный обогреватель по-прежнему необходим для удовлетворения 100% пикового спроса на горячую воду в целом, особенно в пасмурные дни или когда солнечная система не работает.

Типы технологий и стоимость

Типы коллекторов

Хотя все солнечные водонагревательные системы используют один и тот же основной метод улавливания и передачи солнечной энергии, они делают это с помощью трех особых технологий, которые различают разные коллекторы и системы.Различия важны, потому что разные потребности в нагреве воды в разных местах лучше всего удовлетворяются с помощью определенных типов коллекторов и систем.

Материалы и компоненты, используемые в солнечных водонагревательных системах, различаются в зависимости от ожидаемого диапазона рабочих температур.

Низкотемпературные системы (неглазурованные) обычно работают при низкой температуре, до 18 ° F (10 ° C) выше температуры окружающей среды, и чаще всего используются для обогрева бассейнов. Часто вода в бассейне холоднее воздуха, и изоляция коллектора была бы контрпродуктивной.Низкотемпературные коллекторы изготавливаются из полипропилена или других полимеров со стабилизаторами ультрафиолета. Проходные каналы для воды в бассейне отформованы непосредственно в пластине абсорбера, а вода в бассейне циркулирует через коллекторы с помощью циркуляционного насоса фильтра бассейна. По состоянию на 2004 год обогреватели для бассейнов стоили от 10 до 40 долларов за фут².

Небольшой образец неглазурованного низкотемпературного солнечного коллектора, показывающий проточные каналы и коллекторную трубу.

Небольшой образец среднетемпературного плоского пластинчатого коллектора с покровным стеклом, изоляцией, медной пластиной поглотителя и проходами для потока.

Среднетемпературные системы производят воду на 18–129 ° F (на 10–50 ° C) выше наружной температуры и чаще всего используются для нагрева воды для бытового потребления. Однако также можно использовать солнечные водонагревательные коллекторы средней температуры для отопления помещений в сочетании с конвекционными змеевиками с принудительной вентиляцией или лучистыми полами.

Среднетемпературные коллекторы обычно представляют собой плоские пластины, изолированные покровным стеклом с низким содержанием железа и изоляцией из стекловолокна или полиизоцианурата. Отражение и поглощение солнечного света в покровном стекле снижает эффективность при небольших перепадах температур, но стекло должно сохранять тепло при более высоких температурах.Используется медная пластина поглотителя с приваренными к ребрам медными трубками. Чтобы уменьшить потери на излучение коллектора, пластина поглотителя часто обрабатывается селективной поверхностью из черного никеля, которая имеет высокую поглощающую способность в коротковолновом солнечном спектре, но низкую излучательную способность в длинноволновом тепловом спектре. По состоянию на 2004 год среднетемпературные системы стоили от 90 до 120 долларов за квадратный фут площади коллектора.

Крупным планом — вакуумированная стеклянная трубка с черной медной поглощающей пластиной внутри.

В высокотемпературных системах используются вакуумные трубки вокруг приемной трубки для обеспечения высокого уровня изоляции и часто используются фокусирующие изогнутые зеркала для концентрации солнечного света.Высокотемпературные системы требуются для абсорбционного охлаждения или выработки электроэнергии, но они также используются для среднетемпературных применений, таких как коммерческое или общественное водяное отопление. Из-за механизма слежения, необходимого для удержания фокусирующих зеркал направленными на солнце, высокотемпературные системы обычно очень большие и устанавливаются на земле рядом с объектом. Сами вакуумные трубчатые коллекторы стоят около 75 долларов за фут², но использование изогнутых зеркал и экономия на масштабе позволяют снизить эту стоимость для систем большого размера до относительно низкой стоимости — от 40 до 70 долларов за фут² (2004).

Эффективность солнечного коллектора варьируется в зависимости от того, насколько высокая температура на входе коллектора относительно температуры окружающего воздуха. На следующем рисунке показаны типичные кривые КПД для трех типов коллекторов. Обратите внимание, что недорогие неглазурованные коллекторы очень эффективны при низких температурах окружающей среды, но эффективность очень быстро падает при повышении температуры. Они обеспечивают лучшую производительность для низкотемпературных применений, но для эффективного достижения более высоких температур необходимы застекленные коллекторы.Вакуумные трубы необходимы для достижения более высоких температур воды, что необходимо для охлаждения и некоторых промышленных технологических процессов нагрева.

КПД обычных коллекторов

Типы солнечных водонагревательных систем

Гелиосистемы водяного отопления подразделяются на следующие типы:

• Действует . Требуется электроэнергия для активации насосов и / или органов управления.
• Пассивный . Для циркуляции нагретой воды полагается на плавучесть (естественная конвекция), а не на электроэнергию.Системы Thermosyphon размещают резервуар для хранения над солнечным коллектором, в то время как коллекторы со встроенным хранилищем размещают хранилище внутри коллектора.
• Прямой . Подогревает питьевую воду прямо в коллекторе.
• Косвенный . Нагревает пропиленгликоль или другой теплоноситель в коллекторе и передает тепло питьевой воде через теплообменник.

Типы солнечных водонагревательных систем

Затраты на технологии

Стоимость системы будет варьироваться в зависимости от географического положения, использования воды и тарифов на коммунальные услуги.Установленные затраты на квадратный фут для коллекторов варьируются от 10 долларов для низкотемпературных систем, используемых для обогрева бассейнов, до 225 долларов для отдельных небольших систем для жилых помещений. Наименьшая стоимость достигается при использовании больших центральных систем отопления, используемых для обогрева больших помещений с большими объемами и высокой температурой воды. Однако большинство систем застекленного водяного отопления находятся в пределах установленных затрат от 60 до 150 долларов за квадратный фут площади коллектора. Системы нового строительства обычно имеют лучшую экономичность, чем проекты модернизации, из-за меньших затрат на установку.Новые недорогие пластиковые комплекты для солнечного нагрева воды значительно снизили затраты на установку, но они не работают так же хорошо, как некоторые традиционные системы в условиях более высоких температур.

Стоимость будет варьироваться в зависимости от географического положения и размера системы. Установленные затраты на квадратный фут для полных систем варьируются от 60 долларов за квадратный фут для большой системы в месте с конкурентоспособной солнечной промышленностью до 225 долларов за квадратный фут для небольшой системы в удаленном месте. Стоимость также зависит от типа системы: неглазурованные низкотемпературные коллекторы стоят намного дешевле, чем лучше изолированные.

Приложение

При принятии решения о том, подходят ли солнечные водонагревательные системы для конкретного строительного проекта, необходимо учитывать несколько факторов. Солнечные водонагревательные системы могут применяться во многих областях по всей стране, но особое внимание следует уделять проектам, в которых:

• Высокие затраты на электроэнергию, которых можно избежать (газ недоступен, тарифы на электроэнергию выше 0,034 доллара США / кВтч)
• Существует надежная и постоянная потребность в горячей воде (например, в жилых помещениях, лабораториях или больницах).
• На наклонной поверхности достаточно высокая среднесуточная интенсивность солнечной радиации (более 4.5 кВтч / м² / день — хотя, если предотвращенные затраты достаточно высоки, солнечный нагрев воды эффективен в большинстве климатических условий)
• Энергетическая безопасность важна (например, на международной базе, где поставки энергии могут быть прерваны).

Для крупных предприятий чаще всего используются активные непрямые системы. Для небольших предприятий в мягком климате с умеренной угрозой замерзания пассивные прямые или косвенные системы также являются жизнеспособным вариантом.

Руководство Федеральной программы энергоменеджмента (FEMP) по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию по оценке вариантов использования возобновляемых источников энергии.

Экономика

Денежная экономия от установки солнечного водонагревателя зависит от множества факторов, включая климат, количество горячей воды, потребляемой в данном месте, затраты на обычное топливо, требуемую температуру воды и производительность системы. Однако в среднем установка солнечного водонагревателя снизит счета за нагрев воды на 50-80%.

Общее практическое правило для федеральных предприятий состоит в том, что солнечная установка для нагрева воды окупается в течение 10–15 лет при установке против электричества.В соответствии с Законом об энергетической независимости и безопасности 2007 года ожидаемый срок службы солнечной водонагревательной системы, используемой для анализа жизненного цикла, составляет 40 лет, что означает, что предприятие может рассчитывать на 30 лет «бесплатной» энергии.

Системы нового строительства обычно имеют лучшую экономичность, чем проекты модернизации, из-за меньших затрат на установку. Новые недорогие пластиковые комплекты для солнечного нагрева воды значительно снизили затраты на установку, но они не работают так же хорошо, как некоторые традиционные системы в условиях высоких температур и больших объемов.Для федеральных объектов установка возобновляемой энергии должна окупить себя в течение срока службы системы, включая время / стоимость денег, чтобы она была рентабельной. Ключевой параметр — отношение сбережений к инвестициям. Отношение сбережений к инвестициям более 1,0 было бы рентабельным. Федеральные стандарты анализа затрат жизненного цикла изложены в положении 10 C.F.R. Статья 436.

Агентства часто могут улучшить экономику системы и получить доступ к дополнительным стимулам, когда используются альтернативные механизмы финансирования проектов.Среди вариантов финансирования проектов в области возобновляемых источников энергии — контракт на энергосбережение и программы коммунальных услуг. FEMP заключила бессрочные количественные контракты, по которым любое федеральное агентство может оформлять заказы на поставку солнечных водонагревательных систем в рамках контракта на энергосбережение. Некоторые коммунальные предприятия предлагают скидки, аренду или другие программы солнечного нагрева воды.

Руководство

FEMP по интеграции возобновляемых источников энергии в федеральное строительство содержит дополнительную информацию о финансировании проектов использования возобновляемых источников энергии для федеральных строительных проектов.

Полный список стимулов представлен в базе данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности (DSIRE). Свяжитесь с местной коммунальной компанией для получения более подробной информации.

Оценка доступности ресурсов

Несколько факторов влияют на то, есть ли у участка хороший ресурс для солнечного нагрева воды. Во-первых, количество солнечного излучения, которое получает сайт. Первая карта показывает базовую солнечную радиацию, доступную в Соединенных Штатах. Как отмечалось ранее, многие участки со средней интенсивностью солнечной радиации выше 4.5 кВтч / м² в день следует тщательно рассмотреть для солнечного нагрева воды.

Но даже участок с менее привлекательными солнечными ресурсами может иметь хороший потенциал для солнечного нагрева воды, если компенсируемый им тариф за электроэнергию достаточно высок или имеются стимулы. Чтобы изобразить это, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) составила серию карт, которые объединяют солнечные ресурсы с предполагаемой стоимостью системы и отображают факторы, необходимые для обеспечения рентабельности системы. Эти карты доступны для систем, которые будут компенсировать использование электроэнергии, и для систем, которые будут компенсировать использование природного газа.

В качестве примера на двух приведенных ниже картах показан тариф на электроэнергию, необходимый для обеспечения рентабельности системы солнечного нагрева воды. Одна карта предполагает стоимость установленной системы в размере 75 долларов за квадратный фут площади коллектора (вероятно, для более крупной коммерческой системы), а вторая предполагает стоимость в 150 долларов за квадратный фут (меньшая система). Первая карта показывает, что большая часть страны могла бы с минимальными затратами использовать солнечное нагревание воды по цене 75 долл. США / фут², если компенсационная стоимость электроэнергии превышает 0,06 долл. США / кВтч. Доступные стимулы улучшат это еще больше.

Тарифы на электроэнергию, необходимые для создания системы солнечного нагрева воды, которая стоит 75 долларов США за квадратный фут². Эта карта не учитывает никаких доступных финансовых стимулов.

Вторая карта также включает стимулы для федеральных агентств. Даже при повышенных системных затратах тарифы на электроэнергию ниже 0,05 долл. США / кВтч позволят обеспечить экономичный солнечный нагрев воды в Аризоне или Висконсине, но системе в Вайоминге может потребоваться компенсировать розничный тариф на электроэнергию в размере от 0,09 до 0 долл. США.11 / кВтч до безубыточности. Конечно, ставки безубыточности значительно изменяются, если стоимость системы отличается от предположений карт или если стимулы меняются от изображенных.

Тарифы на электроэнергию, необходимые для создания системы солнечного нагрева воды, которая стоит 150 долларов США за квадратный фут². Эта карта учитывает финансовые стимулы.

Инструменты анализа

Чтобы определить, является ли проект возможным кандидатом на использование солнечной энергии для нагрева воды, агентства могут использовать программу Federal Renewable Energy Screening Assistant.Этот программный инструмент на базе Microsoft Windows, разработанный NREL, проверяет федеральные проекты в области возобновляемых источников энергии на предмет экономической целесообразности. Он также оценивает многие возобновляемые технологии, включая солнечное нагревание воды, фотоэлектрическую энергию и ветер. Несколько более подробный инструмент проверки предоставляется RETScreen International.

После того, как будет установлена ​​предварительная жизнеспособность, в конечном итоге потребуется оценить производительность системы для получения более точных инженерных данных и экономического анализа.Это может быть выполнено с помощью программного обеспечения для ежечасного моделирования или с помощью методов ручной корреляции, основанных на результатах ежечасного моделирования. Для этой задачи рассмотрите возможность использования:

• F-CHART, метод корреляции, доступный в Университете Висконсина
• TRNSYS, программа моделирования переходных систем, доступная в Университете Висконсина.

Рекомендации по проектированию

Солнечные водонагревательные системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать стоимость жизненного цикла.Разработка системы, обеспечивающей 100% нагрузки солнечной энергией, никогда не была экономически эффективной из-за чрезмерных вложений в площадь коллектора и объем хранилища. Стоимость жизненного цикла можно минимизировать, спроектировав систему, которая выдерживает 100% нагрузки в самый солнечный день года. Такая система обычно обеспечивает около 70% годовой нагрузки. Другие конструктивные особенности включают техническое обслуживание, защиту от замерзания, защиту от перегрева, эстетику крепления коллектора и ориентацию. Кроме того, программы скидок на коммунальные услуги могут налагать дополнительные требования к конструкции.Например, солнечная система нагрева воды на Гавайях должна удовлетворять 90% нагрузки, чтобы иметь право на скидки от Hawaiian Electric Company.

При проектировании солнечной системы водяного отопления рекомендуются определенные шаги. Во-первых, важно обеспечить правильное расположение солнечных коллекторов. Наилучшая годовая отдача энергии достигается при обращении к экватору с наклоном вверх от горизонтали, равным местной широте. Недавние исследования показывают, что адекватные характеристики могут быть получены при углах наклона и ориентации, которые значительно отличаются от этого.

В континентальной части США коллекторы должны быть повернуты в пределах 30 ° от истинного (немагнитного) юга для максимальной производительности. Также важно оптимизировать наклон собирающей решетки. Поверхности, наклоненные вверх от горизонтали под углом минус 15 ° к широте, максимизируют солнечную энергию летом, но уменьшают ее зимой. Поверхности, наклоненные вверх на широту плюс 15 °, максимально увеличивают приток солнечной энергии зимой и обеспечивают более равномерную подачу солнечной энергии в течение всего года. Угол наклона, равный местной широте, обеспечивает близкое к максимальному круглогодичному увеличению солнечной энергии и обычно подходит для солнечного нагрева воды.Обычно приемлемо монтировать коллекторы заподлицо на скатной крыше — и как можно ближе к оптимальной ориентации — чтобы снизить затраты на установку и улучшить внешний вид. Карты и таблицы солнечных ресурсов США размещены в Центре данных по возобновляемым ресурсам NREL.

Во-вторых, повреждение может быть вызвано замерзанием воды в проточных каналах коллектора или в соединительном трубопроводе. Существует несколько стратегий защиты от замораживания. Наиболее распространенным является циркуляция раствора пропиленгликоля (никогда не используйте токсичный этиленгликоль) и воды в коллекторном контуре косвенной системы.Другая стратегия состоит в том, чтобы слить воду из коллектора обратно в сливной резервуар, размер которого позволяет вместить всю жидкость контура коллектора. Такая конфигурация с обратным сливом имеет дополнительное преимущество, заключающееся в защите системы от чрезмерных температур, если потребление горячей воды снижается из-за сезонного использования, реконструкции или отпуска. Там, где замерзание не является обычным явлением, функция контроллера, которая обеспечивает циркуляцию воды в коллекторном контуре, когда температура приближается к нулю, в сочетании со значениями защиты от замерзания может быть адекватной, но может значительно снизить чистый выигрыш энергии.

Еще одним шагом является создание регулирующего клапана и возможности байпаса. Регулирующий клапан очень важен для обеспечения подачи воды с постоянной температурой в краны, даже когда накопление солнечной энергии значительно превышает заданное значение водонагревателя. Байпасный трубопровод и клапаны позволяют обычной системе обеспечивать горячую воду, если солнечная система отопления не работает по какой-либо причине.

Наконец, необходимо проводить периодическое обслуживание всех систем. Проверьте наличие очевидных повреждений, например, сломанного стекла коллектора или мокрой изоляции труб.Проверьте pH и температуру замерзания теплоносителей. Сравните датчики контрольной температуры с термометрами, чтобы убедиться, что датчики работают. Кроме того, не забудьте проверить правильность работы насоса и других функций системы. Для простого комплексного теста проверьте температуру резервуара для предварительного нагрева — после солнечного дня в нем должно быть жарко. Более подробные количественные тесты можно найти в руководствах по проектированию ASHRAE. Для получения дополнительной информации см. Страницы «Ввод здания в эксплуатацию и техобслуживание, ориентированное на надежность».

В частности, при интеграции солнечной системы водяного отопления в более крупный строительный проект обязательно:

• Включить солнечные батареи на крыше с выходом на южную сторону в архитектурную программу и конструктивный дизайн
• Спроектировать крышу, чтобы выдержать дополнительный вес солнечных водонагревательных панелей, включая их физический вес и ветровую нагрузку.
• Рассмотрите интегрированные конструкции солнечной тепловой крыши
• Минимизировать проникновение в крышу
• Обеспечить достаточно места в помещении для нагревательного оборудования для размещения резервуаров для солнечного отопления, насосов и оборудования
• Обеспечить проход для прокладки сантехники и электропроводки от крыши до аппаратной
• При включении обогрева помещений вместе с подогревом воды, интегрируйте солнечную тепловую систему с системой отопления здания через теплообменник для отопления помещений

Для больших систем более низкая стоимость обычно достигается за счет установки солнечных коллекторов на незатененном участке земли рядом со зданием и рядом с отопительным оборудованием для предотвращения потерь.

Превосходное руководство по проектированию и установке промышленных солнечных водонагревателей было выпущено в 1980-х годах компанией ASHRAE на основе опыта использования активной солнечной энергии в рамках программы «Солнечная энергия в федеральных зданиях». Эти три тома охватывают проектирование, установку и подготовку к эксплуатации и техническому обслуживанию вручную и доступны в Solar Rating and Certification Corporation.

Эксплуатация и обслуживание

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание каждой солнечной системы водяного отопления оцениваются в половину от 0.5–2% от начальной стоимости в год, в зависимости от типа и конструкции системы. Oamp; M аналогичен тому, который требуется для любого контура водяного отопления, и может быть предоставлен персоналом объекта с привлечением экспертов, если что-то выйдет из строя. Регулярно плановое ТО включает:

• Проверка солнечных коллекторов и рам на предмет повреждений и определение местоположения сломанных или протекающих трубок для замены
• Проверка правильности положения всех клапанов
• Осмотр и уход за изоляцией труб и защитными материалами для минимизации потерь и поддержания защиты от замерзания
• Проверка затяжки монтажных соединителей и ремонт любых изогнутых или корродированных монтажных компонентов
• Определение того, затеняют ли массив какие-либо новые объекты, такие как рост растений, и переместить их, если возможно
• Ежегодная очистка массива чистой водой или мягким средством для мытья посуды (не используйте щетки, любые типы растворителей, абразивов или агрессивных моющих средств).
• Проверка всех соединительных трубопроводов на герметичность и ремонт поврежденных компонентов
• Проверка сантехники на предмет коррозии
• Наблюдение за рабочими показателями температуры и давления для обеспечения правильной работы насосов и органов управления
• Обеспечение работы насоса в солнечный день, а не ночью
• Использование инсоляционного измерителя для измерения падающего солнечного света и одновременного наблюдения за температурой и выходом энергии на лицевой панели контроллера.Сравните эти показания с исходной эффективностью системы (дополнительные тесты см. В руководствах ASHRAE).
• Проверка индикаторов состояния лицевой панели контроллера и сравнение индикаторов с измеренными значениями
• Документирование всех операций по эксплуатации и техническому обслуживанию в рабочей книге и предоставление этой рабочей книги всему обслуживающему персоналу
• Ежегодная промывка бака для хранения питьевой воды от отложений
• Промывка и заливка теплоносителя каждые 10 лет
• Промывка системы для удаления накипи из-за плохого качества воды при необходимости (только части системы с питьевой водой)
• Замена расходуемого анода в резервуаре для хранения при необходимости.

Дополнительное обслуживание может включать замену отключенных датчиков температуры, замену конденсаторов и двигателей насоса, устранение утечек или повреждений от замерзания, а также замену стекла, разбитого в результате града или вандализма. В какой-то момент — обычно более 10 лет — может потребоваться замена резервуара.

Особые соображения

Особые соображения, которые следует учитывать при проектировании и установке солнечных систем горячего водоснабжения, включают доступ к солнечным батареям, права на использование солнечной энергии, а также соответствующие нормы и стандарты.

Доступ к солнечной энергии и права на солнечную энергию

Законы о доступе к солнечной энергии защищают право потребителя устанавливать и эксплуатировать системы солнечной энергии в доме или офисе, включая доступ собственности к солнечному свету. Доступ к солнечному свету означает способность одного объекта недвижимости продолжать получать солнечный свет через границы участка без препятствий со стороны ближайшего дома или здания, ландшафтного дизайна или других препятствий. Наиболее распространенные типы законов о доступе к солнечной энергии — это сервитут и право на использование солнечной энергии.

Солнечный сервитут дает владельцам солнечных энергетических систем право на постоянный доступ к солнечному свету без препятствий со стороны соседской собственности и предотвращает будущую застройку собственности, которая может ограничить доступ к солнечной энергии.Соглашения об установлении солнечного сервитута должны быть заключены в письменной форме и подлежат тем же требованиям к регистрации и индексации, что и другие имущественные права. Большинство договоров об установлении солнечного сервитута предусматривают следующие элементы:

• Описание . Размеры сервитута, включая вертикальные и горизонтальные углы и необходимые часы солнечного света, в течение которых близлежащие здания, растительность или другие сооружения не могут препятствовать попаданию прямого солнечного света в солнечную энергетическую систему.
• Ограничения .Ограничения, накладываемые на ландшафтный дизайн и растительность, конструкции и другие объекты, которые могут ухудшить или затруднить прохождение солнечного света через сервитут и повлиять на производительность солнечной энергетической системы.
• Условия . Условия, если таковые имеются, в соответствии с которыми сервитут может быть пересмотрен или прекращен.

Права на использование солнечной энергии обеспечивают защиту домов и предприятий, ограничивая или запрещая частные ограничения (например, договоренности и подзаконные акты о районе, постановления местных органов власти и строительные нормы) на установку систем солнечной энергии.Около дюжины штатов приняли законы о правах на солнечную энергию, которые ограничивают ограничения, накладываемые соглашениями соседства и / или местными постановлениями на установку солнечного оборудования. Законы различаются по положениям о защите солнечного оборудования, типам покрываемых зданий, применимости к новому и существующему строительству и обеспечению соблюдения прав. Расплывчатые или отсутствующие положения в законах о правах солнечной энергии привели к судебным искам и задержкам в ряде штатов.

Использование солнечного нагрева воды в соответствии с директивами администрации:

• Распоряжение 13693 «Планирование устойчивого развития на федеральном уровне в следующем десятилетии»
Закон
• об энергетической политике 1992 года (EPAct) предписывает агентствам:
  • «включает возобновляемые источники энергии [например, солнечное нагревание воды] наряду с мерами по повышению энергоэффективности» (раздел 542 Закона о национальной политике в области энергосбережения),
  • «демонстрируют новые технологии и включают экологические преимущества, такие как сокращение выбросов парниковых газов, в критерии отбора демонстрационных технологий» (Раздел 549),
  • «включают рекомендации по рентабельным проектам использования возобновляемых источников энергии» (Раздел 550).
• Закон об энергетической политике 2005 г. (EPACT), который требует, чтобы федеральные предприятия удовлетворяли 30% своей потребности в горячей воде за счет солнечной энергии, при условии, что это будет экономически эффективным в течение всего срока службы системы.
• Указ Президента № 13514, который расширяет требования к снижению энергопотребления и производительности EISA 2005 и последующих постановлений.

Установить все солнечное водонагревательное оборудование в соответствии с отраслевыми стандартами, в том числе:

Дополнительные ресурсы

Сертификат установщика солнечного отопления

Североамериканский совет сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) обеспечивает добровольную сертификацию установщиков слуховых аппаратов на солнечных батареях.Сертификация установщика солнечного отопления — это добровольная сертификация, которая обеспечивает набор национальных стандартов, по которым установщики солнечного отопления, обладающие навыками и опытом, могут выделиться среди своих конкурентов. Сертификация обеспечивает определенную степень защиты общественности, давая им удостоверение для оценки компетентности практикующих специалистов.

Программы сертификации оборудования

Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) — это независимая некоммерческая торговая организация, которая создает и внедряет программы сертификации солнечного оборудования и стандарты рейтинга.SRCC сертифицирует сборщиков и публикует рейтинги производительности и уравнения эффективности коллектора (необходимые для прогнозирования производительности системы в целом) в соответствии со своим стандартом OG-100. SRCC разработала рейтинг и программу сертификации солнечных водонагревательных систем, сокращенно OG300, для повышения производительности и надежности солнечных батарей. Сводка сертифицированных SRCC рейтингов солнечных коллекторов и водонагревательных систем, в которой перечислены рейтинги производительности сертифицированных продуктов, доступна бесплатно.

Сайтов

• Управление энергетической информации выпускает очень подробные отчеты о солнечной энергетике и использовании солнечного нагрева воды, включая Отчет о деятельности производителей солнечных коллекторов.
• Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) предоставляет обширную информацию о солнечном нагреве воды, включая отличные карты и таблицы солнечных ресурсов в США и во всем мире.
• Ассоциация производителей солнечной энергии предлагает каталог производителей, дистрибьюторов, подрядчиков и консультантов по проектированию для производства горячей воды от солнечных батарей. Есть также несколько государственных глав SEIA, которые являются полезными ресурсами и источниками региональных участников торгов по проектам.
• Solar Rating & Certification Corporation — это некоммерческая организация, которая предоставляет авторитетные рейтинги производительности, сертификаты и стандарты для солнечной тепловой продукции с целью защиты и предоставления рекомендаций для потребителей, поставщиков стимулов, правительства и отрасли.
• Solar-Estimate — это бесплатная государственная служба, предлагающая инструменты для оценки солнечной энергии и поддерживаемая Министерством энергетики и Комиссией по энергетике Калифорнии.
• Министерство энергетики США, Федеральная программа управления энергопотреблением, выпустило несколько публикаций, включая Федеральное технологическое предупреждение о солнечном водонагревании и тематические исследования. FEMP также периодически проводит учебные курсы под названием «Реализация проектов в области возобновляемых источников энергии» с двухчасовым модулем, посвященным солнечному нагреву воды.Расписание всех тренингов ФЭМП доступно на сайте выше.

.

Основы солнечного нагрева воды — что вам нужно для нагрева воды с помощью солнца

Совместное использование — это забота!

В этом посте я дам вам обзор основ солнечного нагрева воды, чтобы вы могли решить, подходит ли вам этот вариант зеленого дома.

В моей жизни до н.э. (До детей) я получил степень магистра в области машиностроения с акцентом на возобновляемые источники энергии. После выпуска я работал в компании, которая эксплуатировала самую большую в мире систему солнечного нагрева воды (SWH) с плоскими коллекторами и производила установки для нагрева воды на солнечной энергии.

Когда мы строили наш нынешний дом, мы добавили солнечную систему водоснабжения вскоре после завершения строительства дома. Он обеспечивает нас горячей водой с 2006 года. (У нас также есть пассивное солнечное отопление в нашем нынешнем доме.) По сути, я использовал солнечное отопление воды в моей жизни уже более 20 лет, живу в районе, где вы меньше всего ожидаете чтобы увидеть это (Висконсин).

Зачем использовать солнечный водонагреватель?

После нагрева и охлаждения, водяное отопление обычно является одной из областей, где люди потребляют больше всего энергии.Оценки колеблются от 15% до 40% энергопотребления, причем лучшая часть приходится на старые, неэффективные электрические обогреватели.

Солнечный водонагреватель использует солнечную энергию солнца для нагрева части или всей воды. По сути, это можно сделать, оставив темный контейнер на солнце.

Наши друзья разбили лагерь на своей территории во время строительства дома и установили душ на открытом воздухе с 50-галлонными бочками, окрашенными в черный цвет, на платформе над их душевой. Другой вариант — это сумки для душа на солнечной батарее, которые можно наполнить и повесить в солнечном месте для обеспечения горячей водой во время кемпинга (или во время чрезвычайной ситуации).

В нашем случае наши солнечные коллекторы предварительно нагревают воду для горячего водоснабжения и отопления полов. В солнечные зимние дни пассивная и активная солнечная энергия покрывают большую часть нашей тепловой нагрузки.

Обогрев плавательного бассейна — отличное применение для солнечного нагрева воды, потому что использование бассейна наиболее интенсивно, когда солнце наиболее интенсивно.

Первая книга в списке написана Бобом Рамлоу, одним из первых висконсинцев, одним из первых солнечных наблюдателей, с которыми я столкнулся в этом районе.

Солнечные водонагреватели косвенного действия и прямые

Солнечные водонагревательные системы можно классифицировать по нескольким направлениям. Одна из основных классификаций — прямая или косвенная.

Прямые системы нагревают используемую воду. Теплообменника нет. Эти системы лучше всего работают в районах с теплой погодой, потому что их необходимо осушать, когда температура опускается ниже нуля. (Прямые системы, которые сливаются в холодную погоду, называются, что неудивительно, Drain Back Systems.Эти системы также склонны к накоплению жесткой воды, если протекающая через них вода с высоким содержанием минералов. Они также известны как системы с открытым контуром.

Непрямые системы нагревают жидкость (обычно смесь антифриза) и передают тепло от этой жидкости через теплообменник питьевой воде в резервуаре для хранения. Они необходимы для круглогодичной эксплуатации в холодном климате. Поскольку вы не вводите новую жидкость в коллектор, вероятность образования минеральных отложений в них снижается.Обратной стороной является то, что они обычно будут дороже, потому что в них больше деталей. Они также известны как системы с замкнутым контуром.

Пассивные солнечные водонагреватели в сравнении с активными

Пассивные солнечные водонагреватели используют естественную конвекцию для перемещения холодной воды из нижней части коллектора в верхнюю по мере ее нагрева.

Активные солнечные водонагревательные системы имеют циркуляционные насосы, которые перемещают жидкость (обычно смесь полипропиленглицерина).

Детали солнечной водонагревательной системы

Коллекторы

Все солнечные системы водяного отопления нуждаются в способе сбора тепла. Варианты варьируются от окрашенного в черный цвет резервуара или черного резервуара в изолированной коробке (нагреватели периодического действия) до плоских пластинчатых коллекторов и изолированных трубчатых коллекторов.

• Нагреватели периодического действия объединяют в себе коллектор и накопитель.
• Плоские коллекторы имеют трубопроводы для жидкости, подключенные параллельно (обычно медные), с металлическими ребрами, окрашенными в черный цвет для увеличения площади поглощения, и все они заключены в изолированную коробку.
• Изолированные трубчатые коллекторы — это отдельные трубки с проходами для жидкости и ребрами, заключенными в то, что по сути является термосом. Нет воздуха вокруг абсорберов = нет воздушного потока = превосходная изоляция. Если бы мы расширили нашу систему, мне бы потребовались эти коллекторы, так как они имеют наименьшие потери тепла в холодном климате.

Резервуар для хранения

Где хранится нагретая вода.

• Нагреватели периодического действия накапливают воду прямо в панели, резервуаре или резервуаре для хранения, прикрепленном к верхней части панели.
• Плоские коллекторы и изолированные трубчатые коллекторы имеют отдельный накопительный бак.

В зависимости от типа системы, она может включать или не включать следующие части.

Теплообменник

В косвенных системах тепло от солнечных панелей передается в систему горячего водоснабжения через теплообменник. Этот теплообменник может быть расположен внутри резервуара для хранения или вне резервуара для хранения.

Внутри резервуара для хранения обычно улучшается теплопередача, потому что это максимизирует площадь поверхности воды, контактирующей с теплообменником, но если всегда возникает проблема с теплообменником, необходимо заменить весь резервуар и теплообменник ,

При наличии внешнего теплообменника их часто можно подключить к стандартному водонагревателю с удаленными нагревательными элементами, что снижает затраты, но они могут быть не такими эффективными, как внутренний теплообменник.

Наша текущая система имеет внутренний теплообменник, в нашей последней системе — внешний теплообменник.

Контроллер

В непрямых системах с насосом переменного тока контроллер сообщает насосу, когда следует выключить и включить. Его также обычно называют дифференциальным контроллером, поскольку он учитывает разницу температур между панелями и водой в резервуаре для хранения.

Когда достигается заданная разница температур (когда панели становятся достаточно горячими), включается насос. Когда панели остынут, насос отключается.

Насос

Непрямые системы могут иметь насос переменного или постоянного тока. Насосы переменного тока обычно питаются от электросети. Насосы постоянного тока почти всегда питаются от солнечной электрической (фотоэлектрической) панели. Как упоминалось выше, насосы переменного тока включаются и выключаются контроллером.

Насосы постоянного тока включаются автоматически, когда солнечная электрическая панель вырабатывает достаточно энергии для включения насоса.При правильном размере жидкость в панелях должна быть достаточно горячей, чтобы эффективно передавать тепло, когда у насоса достаточно мощности для работы.

В нашем последнем доме в системе солнечного нагрева воды использовались насос постоянного тока и солнечная электрическая панель. Наша текущая система использует насос переменного тока с контроллером.

Установщик солнечной энергии, который работал над нашей нынешней системой, указал, что он увидел значительно более высокую производительность при наших низких температурах с насосами переменного тока, потому что у насосов постоянного тока не было достаточно мощности для перемещения жидкости, когда она становилась холодной и слякотной.

Датчик температуры и давления

В большинстве систем с внутренним хранилищем один из этих манометров будет находиться рядом с резервуаром для хранения, чтобы вы могли легко увидеть текущее состояние системы и убедиться, что она находится под надлежащим давлением.

Расширительный бак

Вода, даже вода с добавленным антифризом, будет расширяться и сжиматься при прохождении через различные диапазоны температуры и давления. Чтобы дать избыточному объему жидкости куда-то уйти в системах с замкнутым контуром, в контур вставляется резервуар с расширяющейся и сжимающейся камерой.

Клапан сброса температуры и давления

В качестве дополнительной защиты многие системы размещают клапан сброса температуры и давления в верхней части коллектора (ов). Если оставить панели на солнце и они станут опасно горячими, жидкость будет выпущена за пределы дома, чтобы избежать повреждений внутри. На накопительном баке также может быть предохранительный клапан T&P.

Есть много вариантов оборудования, но вам всегда нужно собирать тепло и хранить тепло. Вы можете купить детали и собрать их самостоятельно, получить весь комплект, готовый к установке, или нанять подрядчика, который установит для вас систему.

На что обращать внимание при установке солнечного водонагревателя

Убедитесь, что ваша солнечная система установлена ​​правильно

Еще в 1970-х годах, когда настаивали на солнечной энергии, многие подрядчики устанавливали оборудование ниже номинального, но делали это плохо. Одна из моих первых работ по солнечной энергии заключалась в ремонте нефункционирующих систем в рамках программы Orphan Solar Program.

Нельзя сокращать работу, иначе система либо будет работать неправильно, либо прослужит очень недолго. Когда эти щенки протекают, они могут устроить действительно большой беспорядок, поэтому обычно это не проект для неквалифицированного домовладельца (если вы не делаете что-то очень простое, например, сезонное подогревание бассейна).Кроме того, неправильно установленные панели на крыше могут привести к серьезным повреждениям крыши и даже к разрушению конструкции. Вода тяжелая, и отверстия в крыше всегда должны быть надежно загерметизированы. Независимо от того, установлены ли они на земле или на крыше, вы хотите убедиться, что ваши панели очень надежны, чтобы они не действовали как паруса, когда начинается хорошая буря.

Работа с качественным оборудованием

SRCC (Solar Rating and Certification Corporation) тестирует панели и системы, чтобы убедиться, что они обеспечивают обещанную энергию.Если ваше оборудование не имеет рейтинга SRCC, по крайней мере, убедитесь, что на него распространяется гарантия. Солнечное водонагревательное оборудование должно выдерживать очень экстремальные диапазоны температуры и давления.

Не весь материал выдержит наказание. Некоторые домовладельцы пытались сэкономить, прокладывая стандартные трубы PEX от коллекторов до дома. Вместо этого трубка разорвалась при нормальных (для солнечных) условиях эксплуатации, и ее пришлось заменить.

Ищите установщика со ссылками

Если вы нанимаете установщика, убедитесь, что он знает, что делает.Североамериканский совет сертифицированных специалистов по энергетике (NABCEP) предлагает программы оценки знаний начального уровня, профессиональной сертификации и аккредитации компаний для специалистов по возобновляемой энергии по всей Северной Америке.

В некоторых штатах также существует множество местных программ обучения. Ваша система будет значительным вложением средств, поэтому убедитесь, что вы работаете с тем, кому доверяете.

Воспользуйтесь скидками и льготами для снижения стоимости вашей системы.

DSIRE — это база данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и повышения эффективности.В зависимости от вашего местоположения эти стимулы могут помочь вам значительно снизить стоимость вашей солнечной системы нагрева воды. Стоит взглянуть.

Учитывая, что эта статья уже становится довольно длинной, я собираюсь на этом закончить. Надеюсь, это дало вам общее представление о том, как работает солнечный водонагреватель.

Статьи по теме

Последнее обновление: январь 2020 г.

.

Размещение солнечной водонагревательной системы

Перед покупкой и установкой солнечной водонагревательной системы необходимо сначала рассмотреть солнечные ресурсы вашего участка, а также оптимальную ориентацию и наклон солнечного коллектора. Эффективность и конструкция солнечной системы водяного отопления зависит от того, сколько солнечной энергии достигает вашей строительной площадки.

Солнечные водонагревательные системы используют как прямое, так и рассеянное солнечное излучение. Даже если вы не живете в теплом и солнечном климате большую часть времени — например, на юго-западе Соединенных Штатов — на вашем участке все равно может быть достаточный солнечный ресурс.Если на вашей строительной площадке есть незатененные участки и, как правило, она выходит на юг, это хороший кандидат на установку солнечной системы нагрева воды. Ваш местный поставщик или установщик солнечной системы может выполнить анализ солнечной системы.

Как ориентация, так и наклон коллектора влияют на производительность вашей солнечной системы водяного отопления. Ваш подрядчик должен учитывать оба фактора при оценке солнечного ресурса вашего объекта и определения размера вашей системы.

Ориентация коллектора

Солнечные коллекторы горячей воды должны быть ориентированы географически, чтобы максимизировать количество дневной и сезонной солнечной энергии, которую они получают.В целом, оптимальная ориентация солнечного коллектора в северном полушарии — истинный юг. Однако недавние исследования показали, что, в зависимости от вашего местоположения и наклона коллектора, ваш коллектор может быть повернут на 90 градусов к востоку или западу от истинного юга без значительного снижения его производительности.

Вы также захотите принять во внимание такие факторы, как ориентация крыши (если вы планируете установить коллектор на крыше), особенности местного ландшафта, которые затеняют коллектор ежедневно или сезонно, и местные погодные условия (туманное утро или облачное послеобеденное время). поскольку эти факторы могут повлиять на оптимальную ориентацию вашего коллекционера.

Наклон коллекторов

Сегодня большинство солнечных водонагревательных коллекторов монтируются на крыше. Это более эстетично, чем стоечные коллекторы, которые торчат с крыши под странными углами. Таким образом, у большинства коллекторов такой же наклон, как и у крыши.

Хотя оптимальный угол наклона для вашего коллектора — это угол, равный вашей широте, установка вашего коллектора на наклонной крыше не приведет к значительному снижению производительности системы. Однако вы захотите принять во внимание угол наклона крыши при выборе размера вашей системы.

.

Солнечная тепловая электростанция — Energy Education

Рисунок 1. Солнечная тепловая электростанция в Испании. ^[1]

Солнечные тепловые электростанции — это электростанции, которые используют энергию Солнца для нагрева жидкости до высокой температуры. Затем эта жидкость передает свое тепло воде, которая затем становится перегретым паром. Затем этот пар используется для вращения турбин на электростанции, и эта механическая энергия преобразуется в электричество генератором. Этот тип генерации по существу аналогичен производству электроэнергии, в котором используется ископаемое топливо, но вместо сжигания ископаемого топлива для нагрева пара используется солнечный свет. ^[2] В этих системах используются солнечные коллекторы, чтобы концентрировать солнечные лучи в одной точке для достижения подходящей высокой температуры.

Существует два типа систем для сбора и хранения солнечного излучения: пассивные системы и активные системы. Солнечные тепловые электростанции считаются активными системами. ^[3] Эти установки спроектированы для работы с использованием только солнечной энергии, но большинство установок могут использовать сжигание ископаемого топлива для увеличения производительности, когда это необходимо. ^[2]

Виды растений

Несмотря на то, что существует несколько различных типов солнечных тепловых электростанций, все они одинаковы в том, что в них используются зеркала, которые отражают и концентрируют солнечный свет на точке.В этот момент солнечная энергия собирается и преобразуется в тепловую энергию, которая создает пар и запускает генератор. Это создает электричество.

Параболические желоба

основной артикул

Рисунок 2. Коллекторы параболического желоба. ^[4]

Эти желоба, также известные как коллекторы линейного фокуса, состоят из длинного отражателя параболической формы, который концентрирует падающий солнечный свет на трубе, идущей вниз по желобу. Коллекторы иногда используют одноосную систему слежения за Солнцем, чтобы отслеживать Солнце по небу, когда оно движется с востока на запад, чтобы гарантировать, что на зеркала всегда падает максимальная солнечная энергия.Приемная труба в центре может достигать температуры выше 400 ° C, поскольку желоб фокусирует Солнце с интенсивностью в 30-100 раз больше его нормальной. ^[2]

Эти желоба выстроены рядами на солнечном поле. Жидкий теплоноситель нагревается, поскольку он проходит по трубам в параболическом желобе. Затем эта жидкость возвращается в теплообменники в центральном месте, где тепло передается воде, образуя перегретый пар высокого давления. Затем этот пар приводит в движение турбину, чтобы привести в действие генератор и вырабатывать электричество.Затем теплоноситель охлаждается и возвращается через солнечное поле. ^[2]

Параболические блюда

основной артикул

Рисунок 3. Параболический сборщик посуды. ^[5]

Это большие параболические тарелки, которые используют двигатели для отслеживания Солнца. Это гарантирует, что они всегда получают максимально возможное количество поступающего солнечного излучения, которое затем концентрируется в фокусе антенны. Эти тарелки могут концентрировать солнечный свет намного лучше, чем параболические желоба, а температура жидкости, проходящей через них, может достигать 750 ° C. ^[2]

В этих системах двигатель Стирлинга преобразует тепло в механическую энергию, сжимая рабочую жидкость в холодном состоянии и позволяя нагретой жидкости расширяться наружу в поршне или перемещаться через турбину. Затем генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. ^[2]

Солнечные башни

основной артикул

Рисунок 4. Солнечная башня. ^[6]

Башни солнечной энергии — это большие башни, которые действуют как центральный приемник солнечной энергии.Они стоят посреди большого массива зеркал, которые концентрируют солнечный свет на точке в башне. Это большое количество плоских зеркал, отслеживающих солнце, известно как гелиостаты. В градирне установлен теплообменник, в котором нагревается теплоноситель. Тепло, сконцентрированное в этой точке, может быть в 1500 раз сильнее падающего солнечного света. ^[2] Затем горячая жидкость используется для создания пара для запуска турбины и генератора, вырабатывающих электричество. Одним из недостатков этих башен является то, что они должны быть очень большими, чтобы быть экономичными.

Преимущества и недостатки

Поскольку эти системы могут генерировать пар с такими высокими температурами, преобразование тепловой энергии в электричество более эффективно. Кроме того, эти заводы решают проблему неспособности эффективно хранить электроэнергию, имея возможность хранить тепло. Хранение тепла более эффективно и рентабельно, чем хранение электроэнергии.

Кроме того, эти установки могут производить управляемую энергию базовой нагрузки, что важно, поскольку это означает, что эти установки производят надежное количество энергии и могут включаться или включаться по желанию, удовлетворяя потребности общества в энергии. ^[7] В дополнение к этому, солнечные тепловые электростанции представляют собой тип технологии производства электроэнергии, который чище, чем производство электроэнергии с использованием ископаемого топлива. Таким образом, это одни из самых чистых вариантов выработки электроэнергии. Несмотря на это, все еще существуют связанные с этим экологические эффекты, поскольку анализ полного жизненного цикла может показать все связанные выбросы углекислого газа, связанные с строительством этих заводов. Однако выбросы по-прежнему намного ниже, чем выбросы, связанные с установками, работающими на ископаемом топливе.

К числу недостатков можно отнести большой участок земли, необходимый для эффективной работы этих заводов. Кроме того, потребность этих заводов в воде также может рассматриваться как проблема, поскольку для производства достаточного количества пара требуются большие объемы воды. ^[8] Последним потенциальным воздействием использования больших фокусирующих зеркал является вредное воздействие этих растений на птиц. Птиц, которые летят на пути сфокусированных лучей Солнца, можно сжечь. Согласно некоторым сообщениям о гибели птиц на таких электростанциях, как эта, погибает примерно одна птица каждые две минуты. ^[9]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

,

No related posts.