Солнечный коллектор зимой. Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В этой статье: Работает ли зимой солнечный коллектор? Сравнение эффективности работы зимой вакуумного и плоского солнечного коллектора. Плюсы и минусы гелиосистемы. Отзыв владельца. Видео по теме.

Солнечный коллектор зимой.

Эффективность использования плоского и вакуумного коллектора зимой.

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика. Данная статья поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?

Работает ли зимой солнечный коллектор?

Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.

Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями. Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.

Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.

Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.

Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:

1. Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает её не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.

2. Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.

3. Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.

Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.

Устройство и область применения в быту.

На сегодняшний день наибольшее распространение нашли плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.

Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель или напыление оксида титана) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурат). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметикой.

При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть теплоноситель до 190—210°C. Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре, эффективность которого может составлять около 95%. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4 % (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой). Также высокая эффективность достигается увеличением площади контакта трубки и медного листа: у формованного листа и паянного соединение она максимальна, у соединения ультразвуковой сваркой — меньше. Используется также алюминиевый экран.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная вакуумная труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение медные тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При воздействии на коллектор солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.

Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Видео сравнение работы плоского и вакуумного коллектора зимой

В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления.

В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой? Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

Засыпание панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.

Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.

Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. Посмотрите видеоролик, снятый во время испытаний вакуумной трубки на ударную прочность.

Видео. Испытание солнечного коллектора на прочность.

Трубка выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет 35 мм диаметре.

  Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.  

Плюсы и минусы гелиосистемы

 Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.

 Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.

 Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.

 Теперь укажем слабые места гелиоустановок:

• Коллекторы стоят пока сравнительно дорого

• Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не стабильна.

• Систему приходится оснащать довольно вместительным баком-накопителем с хорошей теплоизоляцией.

Отзыв владельца о работе солнечного коллектора зимой.

Видео о работе солнечной сплит-системы SH-200-24 торговой марки «АНДИ Групп»

Предлагаем Вашему вниманию всесезонные солнечные коллекторы торговой марки АНДИ Групп

Солнечная сплит-система ЭЛИТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 200 до 1000л)

 

Солнечная сплит-система СТАНДАРТ

Система на основе вакумного солнечного коллектора: (объём бака от 100 до 500л)

 

Солнечный вакуумный коллектор ПАНЕЛЬ

Количество трубок в коллекторе: 12,15,18,20,24,30 (в зависимости о модели)

 

Солнечный коллектор УНИВЕРСАЛ

Количество трубок в коллекторе: 15,20,24,30 (в зависимости о модели)

   Остались вопросы? Напишите нам!

Как работает солнечный коллектор на вакуумных трубках • Ваш Солнечный Дом

Принцип работы

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов – не менее 20 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

• Круглогодичное горячее водоснабжение;
• Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

Конструкция элементов

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло.

Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло. Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками). Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника.

Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе. Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

Контроллер выполняет следующие основные функции:

• Индикацию температуры коллектора;
• Индикацию температуры в резервуаре;
• Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
• Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
• Установка времени включения и выключения системы отопления;
• Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
• Установка температуры “антизамерзания”;
• Индикацию повреждения датчиков.

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе. Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

Область применения

• Обеспечение горячим водоснабжением жилых домов, коттеджей, дачных домиков, гостиниц, ресторанов, теплиц, бассейнов и т.д.;
• Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 50%.
• Поддерживающее отопление помещений при применении с технологией «теплый пол»

Источник: http://forum.truba.ua/index.php?topic=2983.030 Апрель 2008

Эта статья прочитана 22409 раз(а)!

Продолжить чтение

• 66

  Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…

• 62

  Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет…

• 60

  Эскизный проект загородного сельского дома с отоплением от солнечного коллектора Вырезка из журнала «Наука и Жизнь», кажется №12 за 1985 год. Арх. А.Семенов. СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ Возможность использования солнечной энергии для экономии топлива при обогреве характеризуют следующие цифры. Среднее за год…

• 58

  ГОРЯЧАЯ? В ЛЮБОЕ ВРЕМЯ! Многие жители села и садоводы имеют на своих участках душ. Как правило, это небольшая отдельно стоящая закрытая постройка с баком на крыше. Из него самотеком по трубе к душевой сетке поступает холодная вода. Конечно, в жаркий…

• 55

  Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…

• 54

  Какой коллектор лучше — вакуумный или плоский? Вакуумные коллекторы 1. Tрубчатый коллектор работает при рассеянном излучении, в том числе в зимний период и в пасмурную погоду, так как он способен абсорбировать диффузионную радиацию благодаря высокоселективной абсорбционной поверхности. Зависимость КПД коллекторов…

Солнечный коллектор воздуха

Относительно недавно на рынке появились, и уже стали достаточно популярными, воздушные коллекторы на солнечных батареях. «Умельцы» собирают воздушные нагреватели из пивных банок и прочего мусора, снимают видео и обсуждают на форумах. В этой статье мы расскажем о конструкции воздушных коллекторов и о сфере их применения в строительстве домов.

Воздушный коллектор представляет собой некую плоскую камеру, черную изнутри, с одной прозрачной стенкой. С одной стороны в камеру заходит холодный воздух — с другой стороны выходит нагретый. Изготовить воздушный коллектор несложно, по крайней мере гораздо проще, чем водяной, но есть ряд тонкостей..

Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?

Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема —  солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено.

Это могут быть:

• жилые дома в южных регионах;
• цеха, склады, производственные помещения;
• или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.

Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много. 

Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.

Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату. При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.

Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.

Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.

Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°	SolarFox vsf-2w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°
SolarFox vsf-3w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°	SolarFox vsf-4w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°
SolarFox vsf-5w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°	SolarFox vsf-1r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20°
SolarFox vsf-2r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30°	SolarFox vsf-3r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35°
SolarFox vsf-4r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40°	SolarFox vsf-5r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45°

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Перейти к другим полезным статьям..

Солнечные коллекторы. Какие они бывают?

Классический солнечный коллектор представляет собой металлические пластины черного цвета, установленные на крыше дома. Цвет и положение коллектора предполагает максимальное поглощение и накапливание солнечной энергии. Эти металлические пластины помещаются в корпус, изготовленный из стекла или пластмассы. Наклон к южной стороне, при установке позволит увеличить количество поглощаемой радиации. Проще говоря, солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая накапливает солнечную энергию под стеклянной панелью. Солнечная радиация распределяется по поверхности равномерно, по этому, чем больше площадь коллектора, тем больше энергии будет поглощено.

На сегодняшний день солнечная энергетика развита достаточно обширно, это дает возможность устанавливать солнечные панели различных комплектаций и размеров. Этот аспект позволяет солнечным коллекторам обеспечивать хозяйственные нужды человека, такие как отопление и снабжение горячей водой.

К примеру, существует несколько отдельных видов солнечных коллекторов, которые различаются, в зависимости от температуры, до которой они способны достигать:

• Коллекторы низких температур. Такие коллекторы дают достаточно низкие температуры – не выше 50 С. Такие коллекторы, широко применяются для подогрева воды в бассейнах, и в других случаях, когда не требуется слишком высокая температура воды.
• Коллекторы средних температур. Такой тип коллекторов способен нагревать воду от 50 до 80 С. Зачастую, такой коллектор представляет собой плоскую остекленную пластину, в которой с помощью жидкости происходит теплопередача или же это коллекторы-концентраторы. В последних тепло концентрируется и может использоваться для нагрева воды в жилых секторах.Представлен коллектор-концентратор, в большинстве случаев, вакуумированным трубчатым коллектором
• Коллектор высоких температур. Зачастую имеют форму параболических тарелок. Такое устройство, в большинстве случаев используется большими предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей

Интегрированный коллектор

Накопительный интегрированный коллектор

На данный момент одним из самых простых видов солнечных коллектором является емкостной коллектор, который еще называются термосифонным коллектором. Такое название, данный генератор получил за счет того, что он одновременно может и аккумулировать тепло и хранить определенное, уже нагретое, количество воды. Такие коллекторы, зачастую используются для начального нагрева воды, которая впоследствии нагревается до необходимой температуры стандартными установками (газовыми, электрическими колонками и т.д.). Такой метод позволяет экономить на потреблении электричества, за счет того, что в бак котла поступает уже подогретая вода.

Рассмотрим основные плюсы такого вида коллекторов. Первое – это, конечно же, экономия на электричестве. Второе – это возможность использовать достаточно дешевую альтернативу солнечной водонагревательной системе. Третьим плюсом стоит отметить простоту использования коллектора – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего).

Такие коллекторы бывают также «Integrated Collector and Storage», или, проще говоря, интегрированными коллекторами-накопителями. Такой вид коллектора, зачастую представлен одним или несколькими баками, которые заполнены водой. Эти баки помещаются в теплоизоляционный ящик и накрываются стеклянной крышкой. Порою, в этот же ящик помещаются прибор-рефлектор, который позволяет увеличивать солнечное излучение. Принцип действия данного устройства достаточно прост – солнечный свет, проходя через стекло, нагревает воду. Такая простота функционирования обуславливает достаточно не большую цену самого устройства. Однако стоит помнить, что в холодное время года, воду стоит защищать от замерзания, или же сливать.

Плоские коллекторы

Такие коллекторы, пожалуй, самые популярные для использования в бытовых условиях, для нагрева воды и в отопительных системах. Внешне, такое устройство выглядит как обычный металлический ящик. Однако внутри него находиться черная платина, которая поглощает солнечный свет. Крышка у этого ящика должна быть в обязательном порядке, стеклянной или пластмассовой, дабы лучше пропускать солнечную энергию.

Остекление плоского солнечного коллектора может быть прозрачным или матовым. Зачастую, все же, отдается предпочтение матовому остеклению, поскольку такое стекло позволяет пропускать только свет. А также, содержание железа в стекле должно быть очень низким, что бы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Принцип действия заключается в том, что солнечный свет, попадая на пластину, тепловоспринимающую пластину, которая и вырабатывает тепло. Стекло служит теплоизоляцией, а для повышения КПД коллектора, его стенки прокладывают теплоизолятором. Такая конструкция, позволяет снизить тепловые потери до минимума.

Пластина абсорбента, или же пластина, поглощающая солнечный свет, зачастую окрашена в черный цвет, дабы увеличить количество поглощаемой солнечной энергии, ведь тот факт, то темные тела притягивают ее больше – ни для кого не секрет. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, чтобы продолжить процесс, полученное тепло передается тепловому носителю. Тепловым носителем может выступать воздух или жидкость, которые циркулируют в трубах. К сожалению, даже полностью черные поверхности, способны отражать около 10% солнечной радиации, падающей на нее. Дабы избежать этого, абсорбирующие пластины покрываются дополнительно специальным покрытием, которое призвано удерживать солнечный свет попадающие на пластину. Такое покрытие служит дольше обычной краски и позволяет повысить КПД коллектора. В состав такого селективного покрытия входит слой аморфного полупроводника, который наноситься на металлическое основание пластины.

Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло. Высокий уровень теплопроводности металла позволит уменьшить теплопотери при передаче переработанной энергии теплоносителю. К списку таких металлов можно причислить медь и алюминий. Разница между ними заключается в том, что медная пластина способна лучше проводить тепло, и более устойчива к коррозиям, в отличии от алюминиевой пластины.

Плоские солнечные коллекторы бывают жидкостными или воздушными. А в зависимости от наличия остекления, и тот и другой вид бывает как остекленным, так и не остекленным.

Жидкостные коллекторы

В солнечных коллекторах этого типа, теплоносителем выступает жидкость. Солнечная энергия, перерабатывается в поглощающей пластине в тепло, и передается жидкости, которая течет по трубам, прикрепленным к пластине. Эти трубы могут идти параллельно друг другу, но на каждой, в обязательном порядке должно быть входное и выходное отверстие. Существует возможность расположение труб в виде змеевика. Такое положение уменьшает количество соединительных отверстий, что, в свою очередь, снижает вероятность протекания. Таким образом, змеевидное расположение обеспечивает более равномерный поток жидкости-теплоносителя. Однако, могут возникать сложности при спуске жидкости перед похолоданием, поскольку в изгибах трубы может остаться жидкость.

Простые системы жидкостных солнечных коллекторов предполагают использование обычной воды, которая сразу же, нагреваясь в коллекторе, поступает пользователю. Такие модели называют «разомкнутыми» или «прямыми» системами. Однако применение таких коллекторов неудобно в регионах с низким температурным режимом. Поскольку, при снижении температуры ниже точки замерзания – необходимо сливать воду. В этот период систему использовать невозможно. Альтернативой является использование незамерзающих жидкостей вместо воды. Этот вид системы жидкостных солнечных коллекторов использует жидкие теплоноситель, который, поглощая тепло, направляется в теплообменник. Зачастую теплообменником является водяной бак, конструкция которого предполагает передачу тепла воде. Такую систему называют «замкнутой» или «непрямой».

Остекление жидкостных коллекторов позволяет нагревать воду для бытовых нужд, и для отопления дома, поскольку их КПД выше, чем у неостекленных аналогов. Неостекленные коллекторы, зачастую используют для нагрева воды в бассейнах. В последних приборах не требуется нагревать температуру до высоких температур. Это позволяет использовать менее дорогие материалы, такие как пластмасса и резина.

Воздушные коллекторы

Теплоносителем в воздушных коллекторах выступает воздух, а он не замерзает и не кипит, в отличие от воды. Этот факт позволяет избежать проблем, которым подвержены жидкостные коллекторы. К тому же, утечка в системе воздушных коллекторов приносит намного меньше трудностей, хотя, конечно же, обнаружить ее достаточно сложно. Стоит помнить, что перед материалами, используемыми в воздушных солнечных коллекторах, не стоят особо сложные эксплуатационные задачи. По этому, в воздушных системах возможно использование более дешевых материалов.

Конструкция воздушных коллекторов, представляет собой сочетание плоских коллекторов. Такой прибор используется в основном для просушки сельскохозяйственной продукции, или же для отопления помещений. Металлические панели и многослойные неметаллические экраны могут послужить поглощающими пластинами в конструкции воздушных коллекторов. Теплоноситель проходит через стенки поглотителя с помощью естественной конвекции, или с помощью специального вентилятора.

Теплопроводимость воздуха, на порядок хуже, чем проводимость тепла, жидкостью. По этому, поглотитель получает значительно меньше тепла от воздуха, чем от жидкости. Вентилятор, присоединенный к поглощающей пластине, позволяет увеличить поток воздуха, таким образом, улучшая теплоотдачу. Однако и в этой конструкции есть свои недостатки. Для работы вентиляторов, необходимо дополнительно использовать электроэнергию, а это, в свою очередь увеличивает затраты на работу системы. В условиях холодного климата, необходимо направлять воздух между поглощающей пластиной и утепленной стенкой коллектора, это позволяет избежать потерь тепла. Но не стоит применять такою циркуляцию, если, все же, воздух в помещении, нагревается на 17 С больше, чем воздух на улице. В этом случае, воздух может спокойно циркулировать без потерь эффективности.

Поговорим о достоинствах воздушных коллекторов. В первую очередь – это простота и надежность. Воздушные коллекторы имеют достаточно простое устройство, благодаря этому снижается уровень необходимости технического обслуживания, при этом увеличивая их безусловную надежность. При достойных условиях эксплуатации, срок службы качественного воздушного коллектора колеблется от 10 до 20 лет. За счет того, что теплоносителем выступает воздух, исключается необходимость использования теплообменника и термоизоляции в холодное время года.

Однако не все так красочно, в сфере солнечных воздухонагревателей. Все дело в том, что применение таких установок распространено исключительно для отопления помещений и просушки сельскохозяйственной продукции, причем, в основном, в развивающих странах. Причиной этому стало то, что существуют некоторые ограничения, для использования в промышленных условиях. Начнем с того, что по сравнению с жидкостными, воздушные коллекторы занимают достаточно большую площадь, за счет низкого уровня удельной теплоемкости. К тому же, требуется оборудовать длинный воздуховод для эффективной работы коллектора. И самая главная трудность – это необходимость использования электроэнергии для прогонки воздуха через функциональные части коллектора. Еще иногда встречаются сложности с аккумулированием самой теплоты. Все эти проблемы, даже в регионах с достаточным количеством солнечных дней, приводит к значительному увеличению стоимости на эксплуатацию и установку воздушных коллекторов.

Принцип действия солнечных коллекторов

Элементарный воздушный коллектор

Воздушные солнечные коллекторы делятся на две группы, в зависимости от способа циркуляции воздуха. В самом простейшем случае, поток теплоносителя (воздуха) в коллекторе проходит как раз под поглотителем. Таким образом, данный коллектор позволяет повысить температуру воздуха, не больше чем на 3-5 С. Причиной такого низкого КПД является потери тепла на конвекцию и излучение.

Любой прозрачный материал, с низкой проводимостью инфракрасного излучения, позволяет снижать уровень теплопотерь, при накрывании им поглотителя. Все дело в том, что поток воздуха, образовывается или под поглотителем, или между поглотителем и данным прозрачным покрытием. Прозрачная крышка (из особого стекла или пластмассы) позволяет не на много снижать уровень излучения тепла с поглотителя. Однако, это снижение конвективных тепловых потерь, может позволить увеличить температуру до 20-50 С. Но и этот параметр будет зависеть от интенсивности солнечной энергии попадающей в коллектор и качества воздушного потока. Как плюс к этому всему, наблюдается, также снижение тепловых потерь на излучение, за счет снижения температуры поглотителя. Но стоит помнит, что при этом происходит еще и снижение возможности абсорбента поглощать энергию, за счет его запыления, в том случае, если поток воздуха проходит с обеих сторон.

Накрытый поглотитель в воздушном коллекторе

Отказ от остекления металлического ящика и теплоизоляции, в некоторых случаях, позволяет существенно снижать затраты. Дело в том, что изготовляется такой коллектор из перфорированного металла черно цвета. Такой материал позволяет улучшать качество теплообмена. Принцип этого процесса заключается в том, что этот металл нагревается достаточно быстро, а вмонтированный вентилятор втягивает теплый воздух, через отверстия в металлических листах. Коллекторы такого типа, достаточно часто используются в жилых домах. Зачастую размеры такого прибора составляют 2,4 м?0,8 м, при этом скорость нагрева воздуха составляет 0,002 м3/с. Даже в солнечный зимний день, температура воздуха, который нагревается в коллекторе, может достигать разницы в 28 ?С по сравнению с наружным. К тому же, стоит учесть, что в значительной мере улучшается качество воздуха, поскольку нагревается непосредственно воздух, поступающий снаружи.

Одним из главных плюсов подобных коллекторов, является тот факт, что они достаточно эффективны. КПД некоторых промышленных моделей может достигать 70%. А их стоимость снижается, за счет уменьшается количество используемых материалов.

Вакуумированный солнечный коллектор

Плоские солнечные коллекторы, изначально создавались для использования в местах с большим количеством солнечной энергии. При плохой погоде, их эффективность достаточно не значительна. Холодная, ветреная, пасмурная погода – не позволяют работать таким коллекторам в полную мощь. Но и это не все – повышенная влажность в значительной мере неблагоприятно сказывается на состоянии внутренних деталей такого коллектора. А это влечет за собой уменьшение срока службы коллектора, а также ухудшение эффективности его работы. Дабы устранить такие недостатки были созданы вакуумированные солнечные коллекторы.

Современные вакуумированные солнечные коллекторы способны нагревать воду, для обеспечения хозяйственных нужд. Принцип действия такого прибора заключается в следующем: солнечная энергия, проходя через наружную трубку, попадает в поглощающую трубку, где и происходит превращение солнечной энергии в тепло. А далее, переработанное тепло передается теплоносителю (жидкости). Сам коллектор представляет собой сочетание определенного количества параллельных рядов стеклянных трубок. К каждой из этих трубок прикрепляется трубчатый поглотитель с селективным покрытием (аналог пластины-поглатителя в вышеописанных плоских коллекторах). Нагретая в коллекторе жидкость поступает в бак накопитель, и уже там отдает все полученное тепло воде.

Трубки в вакуумированном коллекторе можно менять. Добавлять или даже убирать, в зависимости от необходимости. Это позволяет называть такие коллекторы модульными. Но стоит помнить, что между трубками коллектора должен быть вакуум, что бы уменьшить потери тепла в процессе конвекции. Однако, радиационная потеря тепла остается. Уточним, что радиационная потеря тепла – это то тепло, которое идет на нагревание поверхностей рабочих частей коллектора. Но не стоит думать, что эти потери существенно повлияют на эффективность работы коллектора. Радиационная потеря достаточно мала, по этому можно уверенно считать, что рабочие характеристики вакуумированного коллектора достаточно велики.

На данный момент, создано большое количество вакуумированных коллекторов, которые имеют различные комплектации, а, следовательно, и разные эксплуатационные характеристики и особенности.

Создание вакуумированного коллектора – это достаточно сложный и трудоемкий процесс. Особенные трудности вызывает запайка оболочки коллектора. Проблема заключается в том, что по сей день не найдено достаточно эффективного метода создания эффективной высоковакуумной системы, при не больших затратах.

Стоит помнить, что такие вакуумированные коллекторы достаточно эффективны, по сравнению с обычными плоскими коллекторами. Все дело в том, что эффективность работы вакуумированного коллектора не зависит от качества радиации, т.е. как в условиях прямой, так и рассеянной радиации, данный коллектор работает одинаково эффективно. К тому же, вакуумное строение коллектора позволяет свести к минимуму потери тепла. Помимо всего вышесказанного, такие приборы достаточно долго и качественно служат, полностью обеспечивая все хозяйственные нужды человека.

Концентраторы

Фокусирующий солнечный коллектор

Концентраторы или же коллекторы отличаются от предыдущих описанных коллекторов тем, что их принцип действия заключается в концентрации солнечных лучей. Делается это за счет зеркальных поверхностей, которые направляют солнечную энергию конкретно на поглотители. Температура, которая обеспечивается концентраторами значительно выше, чем максимальная температура плоских коллекторов. Но стоит помнить, что концентраторы могут воспринимать исключительно прямую солнечную радиацию, по этому. В пасмурную погоду их использование не возможно. Такой тип коллекторов-концентраторов, особенно эффективен в регионах близких к экватору и в пустынных районах с большим количеством солнечных дней.

Для более эффективной работы концентратора, используется специальный прибор, который отслеживает направление солнечных лучей и поворачивает прибор к солнцу. В зависимости от оси, по которой может вращаться, такой коллектор различают одноосные и двуосные следящие устройства. Первые предполагают вращение устройства с востока на запад, а вторые, предполагают поворот устройства во все четыре стороны света, для того что бы точно отслеживать направление солнца в течение всего года. Данные коллекторы-концентраторы, в основном используются в промышленных условиях. Причиной этому стала достаточно большая стоимость этого устройства, а также необходимость постоянного технического обслуживания. Для бытового применения, они просто не приемлемы.

Солнечные печи и дистилляторы.

Солнечная печь

Помимо всех вышеописанных приборов, существуют также приборы, которые имеют достаточно простую структуру, и узкую сферу применения. К примеру, такие приборы могут выступать в роли солнечной печи, для приготовления пищи, или солнечного дистиллятора – прибора достаточно дешево очищающего воду любого состояния.

Поговорим про солнечные печи. Они достаточно просты, как при эксплуатации, таки при изготовлении. Солнечные печи представляют собой достаточно хорошо теплоизолированную коробку, которая покрыта материалом, отражающим свет (фольгой, например). Эта коробка накрывается стеклом и оборудована внешним отражателем. Кастрюля черного цвета послужит поглотителем, поскольку может намного быстрее нагреваться. Такие печи, можно использовать для стерилизации воды, при кипении.

Что касается солнечных дистилляторов, то они могут в результате своей работы предоставлять дистиллированную воду достаточно дешево, притом, что брать воду, можно практически из любого источника. Принцип работы солнечного дистиллятора лежит в основе процесса испарения, а сам прибор использует солнечную энергию, с целью ускорить этот процесс. За день работы, небольшой солнечный дистиллятор может произвести около 10 литров идеально чистой воды.

На данный момент солнечная энергия используется достаточно обширно. Одним из самых эффективных примеров его использования является метод нагрева воды солнечной энергией. Несколько миллионов жителей нашей планеты, уже достаточно долго и давно используют солнечные коллекторы для обеспечения своих нужд. Такие приборы достаточно эффективны, не требуют особых затрат на эксплуатацию, к тому же не приносят вреда окружающей среде.

Устройство и установка солнечного вакуумного коллектора

Энергия солнца является экологически чистым, универсальным и дешевым источником энергии, по сравнению с традиционными источниками. Рост интереса к этому виду энергии обусловлен, с одной стороны, постоянным ростом цен на топливо ( природный газ и нефть), с другой стороны -ужесточением контроля и норм по выбросу вредных веществ в окружающую среду.

Солнечные коллекторы, это, безусловно, самый зеленый способ производства горячей воды. Солнечные водонагреватели, как правило, используется в сочетании с традиционными нагревателями, так как погода влияет на эффективность нагрева воды. Традиционные нагреватели лишь подстраховывают солнечные водонагреватели, в зимние и пасмурные дни.

Вакуумный солнечный коллектор (солнечный водонагреватель) используется с целью сбора солнечной энергии и преобразованием её в тепловую энергию. Солнечный коллектор состоит из отдельных вакуумных трубок, которые располагаются параллельно друг другу. Вместе с теплосборником, креплением и рамой они формируют солнечный вакуумный коллектор.

Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости.

Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения–конденсации» повторяется.

Вакуумные трубки сделаны из высококачественного, сверхпрочного боросиликатного стекла, что обеспечивает защиту их от града и механических повреждений. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками в зависимости от давления и использования делятся на :

— Солнечный коллектор система без давления;

— Солнечный коллектор система под давлением;

— Солнечный коллектор одноконтурный;

— Солнечный коллектор двухконтурный;

— Солнечный водонагреватель, сплит-система;

— Солнечный коллектор всесезонный.

За счёт солнечной энергии такая система способна обеспечивать до 100 % ежедневной потребности в ГВС в летний период. За счёт вакуума потери тепла в атмосферу минимальные.

Солнечный коллектор системы без давления является самой простой системой ГСВ , не нуждается в постоянной подкачке воды (заправляется периодически), так как расположен выше точки разбора воды.

Внимание: солнечный коллектор с вакуумными трубками системы без давления эксплуатируется только в теплое время года (при положительной температуре окружающей среды), на зимний период воду из системы необходимо сливать.

Такие коллекторы используются для обеспечения горячего водоснабжения в загородных домах и дачах и пансионатах при условии потребления воды только при положительных температурах наружного воздуха.

Место установки солнечного коллектора -крыша дома и других строений (плоская / скатная)

Емкостной бак для воды двухслойный. Внешний слой сделан из нержавеющей или окрашенной стали, диаметр 460 мм. Внутренний слой — из нержавеющей стали 0,41 мм толщиной, диаметром 360 мм. Между стенками бака в качестве утеплителя используется полиуретан 50 мм толщиной. Подпорная рама металлическая с гальваническим покрытием. Электронагреватель установлен в баке для воды и включается, когда для подогрева воды недостаточно солнечной энергии. Контроллер осуществляет интеллектуальный контроль и автоматическую работу системы: регулирует уровень воды в баке (открывает клапан подачи воды из водопровода), обеспечивает поддержание заданных параметров температуры нагрева жидкости в баке (включает электронагреватель при недостаточности нагрева воды).

Данная система отличается от рассмотренной выше конструкцией бака солнечного проточного водонагревателя.

Бак проточного водонагревателя на солнечном коллекторе двухконтурный, и является конструкцией бак в баке. Между стенками внутреннего и внешнего баков находиться теплоизолятор. В середине внутреннего бака находится медный змеевик, через который проходит подогреваемая вода из водопроводной сети. Концы этого змеевика выведены наружу с разных сторон бака. Внутренний бак заполняется водой или антифризом, который подогревается всё теми же вакуумными трубками с тепловыми стержнями. Уровень воды или теплоносителя в баке поддерживается автоматически контроллером.

Принцип работы проточного водонагревателя:

Вакуумные трубки с тепловыми стержнями нагревают теплоноситель внутри бака, вокруг змеевика. Эта вода используется только, как внешний теплоноситель для змеевика. Когда потребитель открывает кран горячей воды, то она, под давлением водопроводной сети, проходит через множество витков змеевика и разогревается.

Преимущества водонагревателя:

1) При нагреве воды внутри бака — система готова к работе

2) Горячая вода из бака не расходуется и постоянно подогревается трубками коллектора (расходуется вода внутри змеевика), нет перерывов в работе нагревателя

3) Не требуется располагать водонагреватель выше точек потребления горячей воды

4) При использовании антифризов для заполнения внутреннего бака, водонагреватель становится все сезонным.

Сплит-система состоит из:

-солнечного коллектора с вакуумными трубками, внутри которых находится медный нагревательный элемент,

-насосной станции,

-контроллера,

-расширительного бачка,

-датчиков,

-бака для воды с двумя теплообменниками, ТЭНом.

Характеристика Солнечной водонагревательной Сплит- системы :

1. Солнечный коллектор отделен от водяного бака, бак может быть установлен в любом месте;

2. Солнечный коллектор может быть установлен на зданиях различными способами и стилями;

3. Применяет U-образные вакуумные трубы солнечного коллектора, использует антифриз для преобразования тепла с высоким антифризным эффектом;

4. Интеллектуальная система контроля, надежная и удобная;

5. Хранение большого объема воды, достаточный поток воды;

6. Многофункциональный интерфейс отопительной системы может быть соединен с дополнительным ресурсом отопления, работающий не на солнечной энергии.

7. Возможность эксплуатации в любое время года;

8. Возможность работы в регионах с умеренным климатом, в том числе в зимний период, при низких температурах;

Внимание: сплит-система не является полной заменой традиционно применяемым системам отопления, а используется для предварительного нагрева теплоносителя в системе отопления.

Количество вырабатываемой солнечным коллектором тепловой энергии зависит в основном от угла наклона и ориентации установки. Критерием ориентации является азимут.

Угол наклона – это угол между горизонталью и батареей. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается панелью коллектора при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.

На практике углы наклона принимаются между 30 и 45?.

Азимут описывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора ориентирована на юг, то азимут = 0?.

Самого высокого коэффициента энергоотдачи (КПД) солнечной установки в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно добиться при ее расположении в южном направлении с наклоном 30-35? к горизонтали.

Важной частью гелиоустановки является поддерживающая конструкция для солнечных коллекторов. Она обеспечивает правильный угол наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Поддерживающие конструкции с солнечными модулями должны выдерживать порывы ветра и другие неблагоприятные воздействия окружающей среды.

Солнечные коллекторы для отопления дома

   Солнечные коллекторы являются на сегодняшний день наиболее эффективными устройствами, использующими энергию солнца. Для примера, коэффициент полезного действия фотоэлектрических панелей составляет всего около 14-18%, тогда как на солнечных коллекторах эффективно используется приблизительно 80-95% поглощенной солнечной энергии.

Рассмотрим, каков принцип действия солнечных коллекторов, какие их виды существуют и для каких целей используются.

Система отопления на основе солнечного коллектора вакуумного типа

Принцип работы солнечных коллекторов

 

Если кратко, то солнечные коллекторы направлены на захват тепловой солнечной энергии, ее концентрацию и последующее направление на человеческие нужды.

Рассмотрим, из чего состоит солнечный коллектор:

• Коллекторная система состоит, собственно, из коллектора, контура для теплообмена и теплового аккумулятора (обычного водяного бака).
• По солнечному коллектору происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии. Затем передают добытую энергию посредством теплообменника, вмонтированного в бак-аккумулятор, воде в баке.

Простейшая схема устройства бытовых солнечных коллекторов

• В баке нагретая вода хранится вплоть до ее использования, к примеру, на отопление дома солнечными коллекторами, а также другие хозяйственные нужды. Для более продолжительного сохранения воды в нагретом состоянии, бак должен обладать качественной теплоизоляцией.
• Циркуляция воды в солнечном коллекторе может производиться как естественным, так и принудительным способом.
• В бак-аккумулятор также может быть вмонтирован дублирующий электронагреватель, который при необходимости будет автоматически включаться, чтобы нагреть воду до заданной температуры при устоявшейся пасмурной погоде либо непродолжительном солнцестоянии в зимний период.

Виды солнечных коллекторов

 

Если вы планируете установить в своем доме солнечный коллектор для отопления своими руками, следует для начала определиться с подходящим типом конструкции.

Основных видов солнечных коллекторов существует два – вакуумные и плоские. Также имеется менее используемая альтернатива – воздушные коллекторы.

Особенности солнечных коллекторов различных типов

 

Рассмотрим особенности каждого вида более подробно:

1. Плоский коллектор наиболее схож по принципу действия с выше описанной моделью. Он представляет собой плоскую коробку, закрытую стеклом и содержащую особый слой, абсорбирующий тепло.

Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя, в роли которого, как правило, выступает пропилен-гликоль.

Схема плоского солнечного коллектора

2. Вакуумный коллектор вместо одной коробки, покрытой стеклом, обладает рядом габаритных полых трубок, выполненных из стекла. Внутри них располагаются одна или несколько трубок меньших размеров, содержащих абсорбер тепловой энергии.

Внутренние трубки сообщаются с магистралью теплоносителя, тогда как в пространстве между наружной и внутренними трубками находится вакуум, выступающий в роли теплоизолятора.

Схема вакуумного солнечного коллектора

3. Воздушный солнечный коллектор для отопления применяют реже, поскольку воздух в сравнении с жидкостями хуже проводит тепло, поэтому КПД таких коллекторов обычно ниже.

Такой коллектор (батарея) для отопления дома чаще всего являет собой плоскую конструкцию, в которой воздух, контактируя с поглотителем солнечной энергии, нагревается и естественным образом либо при помощи вентилятора подается в отапливаемое помещение.

Схема воздушного солнечного колектора

При использовании систем с принудительной подачей воздуха потребность в энергии на работу вентилятора понизит эффективность воздушных коллекторов еще больше.

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

 

Однозначного ответа на данный вопрос нет, поскольку каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками:

• Например, плоские коллекторы считают более прочными и надежными благодаря более простой конструкции, тогда вакуумные солнечные коллекторы для отопления потенциально более хрупки.
• Несмотря на то, что воздушный коллектор обладает меньшим КПД, он более прост в управлении и не боится проблем, связанных с замерзанием теплоносителя и воды.
• Если плоский коллектор выходит из строя, то замене подлежит вся абсорбирующая система. При повреждении коллектора вакуумного типа, необходимо заменить лишь вышедшие из строя трубки.

Отопление солнечными коллекторами зачастую имеет следующую принципиальную схему работы

• Эффективность плоских коллекторов выше при необходимости нагрева воды на 20-40 градусов свыше температуры наружного воздуха, тогда как вакуумные коллекторы эффективней справляются с задачей нагрева до более высоких температур, что весьма актуально, если преимущественно используется солнечный коллектор зимой для отопления.
• Также вакуумные коллекторы вырабатывают больше энергии при пасмурной погоде и меньше ее теряют в зимний период от контактов с холодным окружающим воздухом.
• Если средний срок службы коллекторов составляет около 15-30лет, то этот показатель отдельно для вакуумных систем несколько ниже.

Дополнительные особенности выбора вакуумных коллекторов

 

Необходимо знать, что величины трубок вакуумных коллекторов напрямую влияют на показатель выработки энергии. Так, чем они тоньше и меньше, тем меньше тепловой энергии сможет приносить такая система. Нормальным считается диаметр трубок в 58 мм при длине 1,2-2,1 м.

Кроме того, такие коллекторы могут быть с обычными медными нагревательными трубками, передающими тепло, и с U-образными трубками, образующими миниконтуры передачи тепла в внутри каждой стеклянной трубки. Именно последние считаются наиболее продвинутыми в технологическом плане на сегодняшний день.

U-образная трубка солнечного коллектора

   Мы рассмотрели особенности различных видов солнечных коллекторов отопления и надеемся, что наши рекомендации позволят вам существенно сэкономить на использовании природных теплоносителей.

Смело используйте альтернативные источники энергии, поскольку именно за ними наше будущее.

 

Солнечный коллектор — это… Что такое Солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.^[1]

Типы солнечных коллекторов

Плоские

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрным цветом либо спецраствором, для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурит). Трубки, по которым распространяется вода, изготавливаются из сшитого полиэтилена (PEX) либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком.^[2]

При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4% (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой)^{[источник не указан 51 день]} Используется также аллюминиевый экран.^[2]

Вакуумные

Вакуумный солнечный коллектор

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие улавливающее солнечную энергию. между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Устройство бытового коллектора

Теплоноситель (вода, воздух или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе и баке-аккумуляторе, который располагается выше.

В более сложном варианте коллектор имеет свой контур, заполненный водой или антифризом. В контур включается насос для циркуляции теплоносителя. Бак может располагаться как непосредственно рядом с коллектором, так и внутри здания.

В тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно, температуру воды на нужном уровне поддерживает дополнительный электрический нагревательный элемент, который устанавливают за баком-аккумулятором. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.^[1]

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатые	Плоские высокоселлективные
+	+
Низкие теплопотери	Способность очищаться от снега и инея
Работоспособность в холодное время года до -30С	Высокая производительность летом
Способность генерировать высокие температуры	Отличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата
Длительный период работы в течение суток	Возможность установки под любым углом
Удобство монтажа	Меньшая начальная стоимость
Низкая парусность
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата
—	—
Неспособность к самоочистке от снега	Высокие тепло потери
Относительно высокая начальная стоимость проекта	Низкая работоспособность в холодное время года
Рабочий угол наклона не менее 20°	Сложность монтажа связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
	Высокая парусность

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Солнечные воздушные коллекторы

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы представляют собой чаще всего простые плоские коллекторы и используются в основном для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передает поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом, избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности. Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает. Потенциальным способом снижения стоимости коллекторов является их интеграция в стены или крыши зданий, а также создание коллекторов, которые можно будет собирать из готовых сборных компонентов. Коллекторы предназначены для обогрева помещений в условиях достаточной солнечной освещенности и при отсутствии (или параллельно с ними) других источников энергии (таких как газ, электричество, жидкое и твёрдое топливо). Коллекторы не могут быть основной системой отопления, так как не обеспечивают постоянных характеристик, как в течение суток, так и при смене сезонов года. Однако система может быть интегрирована в любую существующую систему отопления и вентиляции.

Применение

Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды^[3]

В России

По исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии – до 5 кВтч/м²). Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80%, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири.

Использование солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел. На Кипре эксплуатируется около 800 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., в Германии 140 м²/1000 чел.

В летнем периоде, большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы.

Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники. В таком случае применяется вакуумированные коллекторы, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.^[1]

Сооружение коллекторов в настоящее время осуществляет­ся, в основном, в Красно­дарском крае, Бурятии, в Приморском и Хабаровском краях.^[4]

Солнечные башни

Солнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 г.

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.

В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15.

Параболоцилиндрические концентраторы

Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой.

В 1913 году Франк Шуман (Frank Shuman) построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов каждый 62 метра в длину. Отражающие поверхности были изготовлены из обычных зеркал. Станция вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту^[5].

Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C. В августе 2010 года специалисты NREL испытали установку компании SkyFuel. Во время испытаний была продемонстрирована термальная эффективность параболоцилиндрических концентраторов 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350 °C^[6].

Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

С 1984 года по 1991 год в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт·ч.

Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.

В июне 2006 года в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами.

Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.

Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.

Параболические концентраторы

Экспериментальный коллектор НПО «Астрофизика»

Параболические концентраторы имеют форму параболоида вращения. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплён двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга ^[7].

В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9—25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22—24 %, что выше, чем у фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т. д. без использования кремния «солнечной чистоты». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98 %. Для производства фотоэлектрических элементов используется кремний «солнечной чистоты», или «солнечной градации» с чистотой 99,9999 % ^[8].

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—0,12 за кВт·ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—0,05 к 2015 — 2020 году.

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров — до 150 кВт с двигателями Стирлинга. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. До 2010 года будет 20 тысяч параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.

Линзы Френеля

Линзы Френеля используются для концентрации солнечного излучения на поверхности фотоэлектрического элемента или на трубке с теплоносителем. Применяются как кольцевые, так и поясные линзы. В английском языке употребляется термин LFR — linear Fresnel reflector.

Распространение

В 2010 году во всём мире работало 1170 МВт солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт, в Испании 4460 МВт, в Китае 2500 МВт^[9]. В 2011 году насчитывалось 23 производителя и поставщика плоских коллекторов из 12 стран; 88 производителей и поставщиков вакуумных коллекторов из 21 страны.^[10]

Примечания

См. также

Ссылки

Литература

• А. И. Капралов Рекомендации по применению жидкостных солнечных коллекторов. ВИНИТИ, 1988
• Гелиотехника. Академия Наук Узбекской АССР, 1966
• Солнечный душ\\Наука и жизнь, издательство Правда. 1986 №1, стр 131
• Г. В. Казаков Принципы совершенствования гелиоархитектуры. Свит, 1990

Плоский коллектор

для использования в солнечных системах горячего водоснабжения

Плоские солнечные коллекторы

для солнечной горячей воды

Плоский пластинчатый коллектор — это теплообменник, который преобразует лучистую солнечную энергию от солнца в тепловую энергию с использованием хорошо известной теплицы эффект. Он собирает или улавливает солнечную энергию и использует эту энергию для нагрева воды в доме для купания, стирки и обогрева и даже может использоваться для обогрева открытых бассейнов и гидромассажных ванн.

Для большинства жилых и небольших коммерческих систем горячего водоснабжения плоский коллектор имеет тенденцию быть более экономичным благодаря своей простой конструкции, низкой стоимости и относительно более простой установке по сравнению с другими формами систем водяного отопления.Кроме того, плоские солнечные коллекторы более чем способны подавать необходимое количество горячей воды при требуемой температуре.

Плоский солнечный коллектор на крыше

Плоский солнечный коллектор обычно состоит из большой теплопоглощающей пластины, обычно большого листа меди или алюминия, поскольку они оба являются хорошими проводниками тепла, которые окрашены или химически протравлены в черный цвет для поглощения тепла. как можно больше солнечного излучения для максимальной эффективности.

Эта почерневшая теплопоглощающая поверхность имеет несколько параллельных медных труб или трубок, называемых стояками, проходящих через пластину, которые содержат теплоноситель, обычно воду.

Эти медные трубы приклеиваются, припаяны или припаяны непосредственно к пластине абсорбера для обеспечения максимального поверхностного контакта и теплопередачи. Солнечный свет нагревает поглощающую поверхность, температура которой увеличивается. По мере того, как пластина нагревается, это тепло проходит через стояки и поглощается жидкостью, протекающей внутри медных труб, которая затем используется в домашнем хозяйстве.

Трубы и пластина абсорбера заключены в изолированную металлическую или деревянную коробку с листом остекления, стеклом или пластиком спереди, чтобы защитить закрытую пластину абсорбера и создать изолирующее воздушное пространство.Этот материал остекления не поглощает в значительной степени тепловую энергию солнца, и поэтому большая часть приходящего излучения принимается почерневшим поглотителем.

Воздушный зазор между пластиной и материалом остекления улавливает это тепло, предотвращая его выход обратно в атмосферу. По мере того как пластина поглотителя нагревается, она передает тепло жидкости внутри коллектора, но также теряет тепло в окружающую среду. Чтобы свести к минимуму эту потерю тепла, нижняя и боковые стороны плоского пластинчатого коллектора изолированы высокотемпературной жесткой пеной или изоляцией из алюминиевой фольги, как показано на рисунке.

Типовой коллектор с плоской пластиной

Коллектор с плоской пластиной может нагревать жидкость внутри с помощью прямого или непрямого солнечного света под разными углами. Они также работают в рассеянном свете, который преобладает в пасмурные дни, поскольку поглощается окружающее тепло, а не свет, в отличие от фотоэлектрических элементов. Степень нагрева циркулирующей воды будет зависеть в основном от времени года, от того, насколько чистое небо и насколько медленно вода течет по коллекторам.

Прямые и косвенные солнечные тепловые системы

Есть несколько различных способов нагрева воды для использования в домашних условиях. Солнечные водонагревательные системы, в которых используются плоские солнечные коллекторы для улавливания солнечной энергии, могут быть классифицированы как прямые или косвенные системы по способу передачи тепла по системе. Чтобы успешно нагреть воду и использовать ее днем ​​и ночью, вам понадобится солнечный коллектор для сбора тепла и передачи его в воду, а также резервуар для горячей воды для хранения этой горячей воды для использования. по мере необходимости.

Прямая солнечная тепловая система

Прямая солнечная система нагрева воды, также известная как активная система с открытым контуром, использует насос для циркуляции воды по системе. Более холодная вода перекачивается непосредственно из дома в центральный водонагреватель или погружной резервуар и проходит через солнечный коллектор для обогрева. Горячая вода выходит из плоского пластинчатого коллектора и возвращается обратно в резервуар, протекая по непрерывному контуру. Оттуда вода закачивается обратно в дом в качестве горячей воды, пригодной для использования.

Может использоваться насос низкого напряжения на 12 В, который может питаться от небольшого фотоэлектрического элемента или электронного контроллера, что делает систему более экологичной. Прямые системы обычно используются в более теплом климате с несколькими холодными днями или сливаются зимой, чтобы вода в трубах не замерзла. Химические вещества нельзя добавлять в воду для защиты, так как в доме используется та же вода, которая циркулирует через плоский коллектор.

В пассивной системе прямого горячего водоснабжения в системе не используются насосы или механизмы управления для передачи тепла в накопительный бак.Вместо этого пассивные системы — это так называемые «системы с разомкнутым контуром», которые используют естественную силу тяжести для циркуляции воды по системе. В этом типе системы используется солнечный коллектор с плоской пластиной в сочетании с горизонтально установленным накопительным баком, расположенным непосредственно над коллектором.

Вода, нагретая солнцем, естественным образом поднимается за счет конвекции через трубы солнечных коллекторов и попадает в резервуар для хранения, расположенный выше. Когда нагретая вода поступает в резервуар-накопитель наверху, более холодная вода вытесняется и стекает вниз к дну коллекторов под действием силы тяжести, поскольку холодная вода более плотная, чем горячая.Этот цикл подъема горячей воды и падения более холодной воды известен как «поток термосифона» и непрерывно повторяется без посторонней помощи, пока светит солнце.

Система горячего водоснабжения Thermosyphon

Система горячего водоснабжения Thermosyphon является наиболее распространенным типом систем горячего водоснабжения с солнечным обогревом на рынке, и в большинстве имеющихся на рынке пассивных систем прямого солнечного нагрева воды используется этот тип комбинации плоских пластинчатых коллекторов и накопительных баков, монтируемых на крыше.

Однако при установке такой системы необходимо соблюдать осторожность, так как общий вес солнечного коллектора, накопительного бака и самой воды может быть слишком большим для конструкции несущей крыши.

Когда пассивные солнечные системы горячего водоснабжения используются для больших зданий, чем для домов, предприятий или офисов, часто имеется более одного резервуара для хранения нагретой воды.

Так называемая удаленная термосифонная система работает по тому же принципу, что и предыдущая пассивная прямая термосифонная система, за исключением того, что резервуар для хранения расположен вдали в пространстве крыши или в пустоте, рассеивая вес на большей площади, а также защищая резервуар от холода. и температуры.Однако для правильной работы процесса термосифонирования основание резервуара для хранения воды должно располагаться на высоте не менее 1–2 футов (от 300 до 500 мм) над верхней частью плоских пластинчатых коллекторов. Это расстояние также известно как системная «высота головы».

Непрямая солнечная тепловая система

Непрямые системы горячего водоснабжения, также известные как системы с замкнутым контуром, отличаются от предыдущей термосифонной системы тем, что в ней используется теплообменник, который отделен от плоского пластинчатого коллектора солнечных батарей для нагрева воды. в накопительном баке.

Системы косвенного горячего водоснабжения являются активными системами и требуют насосов для циркуляции жидкого теплоносителя по замкнутой системе от коллектора до теплообменника в баке. Система содержит раствор антифриза, обычно смесь 50% гликоль / вода, в первичном замкнутом контуре, а не только воду, которая нагревается и хранится отдельно от основного горячего водоснабжения.

Непрямая солнечная тепловая система

Теплообменник передает тепло от раствора антифриза коллектора воде, находящейся в резервуаре для хранения воды.Теплообменник может быть либо медным змеевиком внутри нижней части резервуара для хранения, либо теплообменником с плоской пластиной за пределами резервуара для хранения.

Одним из основных преимуществ этой замкнутой системы косвенного нагрева является то, что раствор антифриза обеспечивает круглогодичную работу в областях, где температура опускается ниже точки замерзания, а также защищает систему от коррозии коллекторов неочищенной водопроводной водой, содержащей газы и различные растворенные соли.

Основным преимуществом косвенной системы горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией является то, что существующую систему нагрева воды для бытовых нужд можно легко преобразовать на солнечное нагревание воды, просто добавив плоский коллектор и один насос, поскольку в большинстве домов используется газ или мазут. бойлеры, а также бак-накопитель горячей воды со встроенным змеевиком теплообменника.

Система также, вероятно, будет более эффективной, и резервуар для хранения горячей воды можно разместить в любом месте дома, поскольку он не должен быть выше коллекторов, как в предыдущей пассивной или термосифонной системе.

Однако одним из недостатков является то, что система с обратной связью зависит от электричества для циркуляционного насоса, что может быть дорогостоящим или ненадежным. В некоторых конструкциях используется небольшой насос низкого напряжения и фотоэлектрическая панель вдоль коллектора, что делает систему более эффективной и экологичной.Для более крупных установок и в более прохладном климате резервуары для горячей воды размещаются под крышей внутри зданий, поэтому непрямое солнечное нагревание воды с принудительной циркуляцией является нормой.

Размер плоского солнечного коллектора

Размер плоского солнечного коллектора для использования в солнечной системе горячего водоснабжения или отопления зависит от потребности в горячей воде. Если потребление горячей воды в доме или максимальная температура воды снижается, потребность в горячей воде может быть обеспечена за счет меньшей солнечной батареи, которую легко установить на крыше.Кроме того, меньшие тепловые системы дешевле в установке и быстрее окупятся за счет экономии энергии.

Размер солнечной тепловой системы, конечно, зависит от ваших потребностей в горячей воде, температуры и потребления, но можно использовать общие практические правила, которые помогут составить представление о размере системы.

В Интернете доступны всевозможные учебные планы и книги, которые помогут вам построить собственный солнечный термальный водонагреватель, так почему бы не нажать здесь и не получить на Amazon копию набора планов для самостоятельного использования солнечного водонагревателя и заставить солнце работать в вашем доме сегодня.

Солнечные плоские коллекторы обычно имеют размер от 32 квадратных футов (4 x 8 футов) или 3 квадратных метра и могут весить более 200 фунтов или 100 килограммов каждый. Один квадратный фут (1000 см ² ) нагревает около двух галлонов или 10 литров воды в день до температуры более 70 ^o C. Следовательно, одна панель площадью от 20 до 30 квадратных футов нагревает около 60 галлонов (300 литров) воды. воды размером со стандартный резервуар для горячей воды.

Как правило, вам потребуется от 10 до 16 футов ² плоских коллекторов на человека и около 1.От 5 до 2,0 галлонов горячей воды на квадратный фут площади коллектора. Таким образом, для семьи из четырех человек это означает от 40 до 60 квадратных футов площади коллекторной плиты и от 60 до 120 галлонов хранилища. Тогда для солнечной системы водяного отопления для семьи из четырех человек потребуется как минимум два стандартных плоских солнечных коллектора площадью около 32 квадратных футов (4 x 8 футов) каждый.

Плоский коллектор

Краткое описание

В то время как плоские коллекторы превосходно собирают солнечную энергию более эффективно, коммерчески доступные коллекторы горячей воды иногда могут быть дорогими.Простые и более дешевые плоские панели можно сделать из старых радиаторов центрального отопления, окрашенных в черный цвет, или даже из змеевика пластикового шланга или водопровода, проложенного на крыше, но эффективность системы будет очень низкой.

Правильно установленные бытовые солнечные системы горячего водоснабжения эффективны и надежны. Конфигурации системы могут быть от простых систем термосифонирования, которые полагаются на силу тяжести, до более сложных систем с принудительной циркуляцией, для которых требуются насосы, контроллеры и теплообменники.

Хотя они имеют более высокую начальную стоимость, чем обычные газовые, масляные и электрические водонагреватели, солнечные тепловые системы значительно сокращают потребление топлива и могут иметь период окупаемости менее 10 лет.Есть несколько типов конструкций и планов солнечных водонагревателей, которые в настоящее время производятся поставщиками. Какие системы и конструкции водяного отопления подходят для вашего дома или бизнеса, во многом будет зависеть от регионального климата.

В следующем уроке о солнечном нагреве и солнечном нагреве воды мы рассмотрим еще один более эффективный способ нагрева воды до гораздо более высокой температуры с использованием небольших индивидуальных медных коллекторов, герметизированных под вакуумом в стеклянной трубке. Эти типы коллекторов широко известны как вакуумные трубчатые коллекторы, которые становятся предпочтительным выбором для плоских пластинчатых коллекторов .

Как это работает — Солнечные водонагреватели | Продукция

Солнечные водонагреватели бывают самых разных конструкций, все они включают коллектор и накопительный бак, и все они используют тепловую энергию солнца для нагрева воды.

Солнечные водонагреватели обычно описываются по типу коллектора и циркуляционной системы.

Типы коллекторов
	Коллекторы периодического действия , также называемые системами интегрированного коллектора-хранения (ICS), нагревают воду в темных резервуарах или трубках в изолированном ящике, накапливая воду до тех пор, пока она не наберется.Вода может оставаться в коллекторе в течение длительного времени, если потребность домохозяйства невысока, что делает ее очень горячей. Клапан темперирования — ваша защита от ожогов на кране. Клапан темперирования подмешивает холодную воду, чтобы снизить температуру воды перед подачей в кран. Коллекторы периодического действия несовместимы с системами циркуляции замкнутого цикла. Таким образом, они обычно не рекомендуются для холодного климата.
	Плоские коллекторы обычно состоят из медных трубок, установленных на плоских пластинах поглотителя.Наиболее распространенная конфигурация представляет собой серию параллельных трубок, соединенных на каждом конце двумя трубами, входным и выходным коллекторами. Узел плоской пластины находится в изолированной коробке и покрыт закаленным стеклом. Плоские коллекторы обычно рассчитаны на 40 галлонов воды. Два коллектора обеспечивают примерно половину горячей воды, необходимой для обслуживания семьи из четырех человек.
	Вакуумные трубчатые коллекторы — самые эффективные доступные коллекторы.Каждая откачиваемая трубка в принципе похожа на термос. Стеклянная или металлическая трубка, содержащая воду или теплоноситель, окружена стеклянной трубкой большего размера. Пространство между ними представляет собой вакуум, поэтому жидкость теряет очень мало тепла. Эти коллекторы могут работать даже в пасмурную погоду и при температурах до -40 ° F. Отдельные трубки заменяются по мере необходимости. Вакуумные трубчатые коллекторы могут стоить вдвое дороже за квадратный фут, чем плоские пластинчатые коллекторы.

В системах с замкнутым или непрямым контуром используется незамерзающая жидкость для передачи тепла от солнца воде в резервуаре для хранения.Тепловая энергия солнца нагревает жидкость в солнечных коллекторах. Затем эта жидкость проходит через теплообменник в резервуаре для хранения, передавая тепло воде. Затем незамерзающая жидкость возвращается к коллекторам. Эти системы имеют смысл в условиях холодного климата.

Циркуляционные системы
В системах Direct вода циркулирует через солнечные коллекторы, где она нагревается солнцем. Затем нагретая вода хранится в баке, отправляется в безбаковый водонагреватель или используется напрямую.Эти системы предпочтительнее в климате, где редко замерзает. Защита от замерзания необходима в холодном климате.
Замкнутый контур или непрямой , в системах используется незамерзающая жидкость для передачи тепла от солнца к воде в накопительном баке. Тепловая энергия солнца нагревает жидкость в солнечных коллекторах. Затем эта жидкость проходит через теплообменник в резервуаре для хранения, передавая тепло воде. Затем незамерзающая жидкость возвращается к коллекторам.Эти системы имеют смысл в условиях холодного климата.
Активные или с принудительной циркуляцией , в системах используются электрические насосы, клапаны и контроллеры для перемещения воды из коллекторов в резервуар для хранения. Они распространены в США
Пассивные системы не требуют насосов. Естественная конвекция перемещает воду из коллекторов в резервуар для хранения по мере того, как она нагревается.

Компоненты | Солнечный Орегон

Солнечные водонагревательные системы собирают солнечную энергию от солнца для предварительного нагрева воды, так что ваш газовый или электрический обогреватель — будь то обычный бак или безбаковый — меньше работает.Систему солнечного нагрева воды можно добавить практически к любому водонагревателю. Но если ваш водонагреватель изношен, вы можете установить комбинированную систему резервуаров, которая включает в себя накопитель предварительно нагретой воды на солнечной энергии и ваш водонагреватель.

В отличие от большинства солнечных электрических систем, все солнечные водонагревательные системы отключены от сети. Энергия солнца накапливается и используется на месте. Вот почему так важно подобрать солнечную систему нагрева воды в соответствии с потреблением горячей воды.

В климате с пасмурным небом, таком как западный Орегон, мощность солнечного нагрева воды в основном рассчитана на удовлетворение потребности в горячей воде для бытовых нужд летом.В условиях ясного неба, например, в восточном Орегоне, солнечное нагревание воды может внести значительный вклад в системы отопления помещений, в которых используется горячая вода. В зависимости от этих переменных и от того, является ли ваша резервная копия газовой или электрической, система обычно экономит от 1500 до 3000 киловатт-часов, или от 80 до 150 термов энергии, ежегодно.

Типичная солнечная система водяного отопления включает солнечный коллектор, циркуляционный насос, накопительный бак, контроллер, трубопровод и различные клапаны. Возможно множество различных конфигураций, и выбор конструкции будет зависеть от назначения системы, климата, ограничений по площади и многих других факторов.Солнечные водонагревательные системы состоят из двух основных компонентов: коллектора и водопровода.

Коллекторы

На Северо-Западе солнечные водонагреватели обычно делятся на две основные категории: системы коллекторов с плоскими пластинами и системы с откачанными трубами.

Плоские коллекторные системы имеют большую плоскую поверхность (абсорбер) для максимального воздействия солнечных лучей и прикреплены к ней небольшие трубки. Жидкость течет по трубкам, собирая тепло от поглотителя. Боковые стороны и нижняя часть коллектора хорошо изолированы, а стекло сверху завершает изоляцию.Вода перекачивается через коллектор, когда солнечного света достаточно для нагрева змеевиков. Когда условия для нагрева воды не подходят, насосы выключаются, и вода сливается обратно в резервуар, чтобы предотвратить замерзание и перегрев. Несколько факторов делают коллектор максимально эффективным. Одним из них является покрытие абсорбера, которое специально разработано для поглощения как можно большего количества тепла и для отвода как можно меньшего количества тепла. Другой пример — стекло с высоким содержанием железа и специальным покрытием, которое пропускает как можно больше световой энергии и предотвращает как можно большую потерю тепла.

Пример того, как выглядит плоский коллектор

Системы вакуумных трубок имеет длинный тонкий абсорбер, который находится внутри стеклянной трубки. Из трубки откачивается воздух, что делает ее хорошо изолированной — не слишком отличающейся от термоса, используемого для поддержания горячих напитков. В этих системах также используются насосы для перемещения жидкости. Преимущество заключается в уменьшении потерь тепла из коллектора в окружающий воздух. Это было бы важно в климате с холодными дневными температурами, когда вода, нагретая солнечными батареями, используется для отопления помещений.Системы с откачанными трубами обычно дороже плоских пластинчатых коллекторов.

Пример того, как выглядит система откачанных труб

СООБРАЖЕНИЯ:

• Как плоские коллекторы, так и системы откачанных труб обычно устанавливаются на крыше.
Коллекторы
• должны располагаться с ясным южным расположением для наилучшей работы.
• Солнечные водонагревательные системы более устойчивы к затенению и теням, чем солнечные электрические системы.

Сантехника

Пример стандартной резервуарной комнаты

Сантехника солнечной системы водонагревателя разделена на две части. Система гликоля, которая циркулирует через верхние коллекторы, и система питьевой воды, которая включает в себя накопительный бак для горячей воды от солнечной энергии, домашний водонагреватель, а также предохранительные клапаны и расширительный бак.

Гликолевый контур состоит из двух изолированных труб, идущих к крыше, чтобы насос мог циркулировать жидкость и передавать тепло в резервуар для хранения воды.Теплообменник отделяет гликолевый контур от питьевой воды в резервуаре для хранения.

Сантехника в «резервуарной комнате» будет содержать ряд устройств, насос или насосы, датчики температуры, манометр, расходомер, контроллер и порты для ввода и проверки гликоля. Со стороны питья будут подключены клапан защиты от ожогов и еще один датчик температуры.

На этом фото большой бак соединен с коллектором на крыше. Настенный водонагреватель без резервуара включится только для нагрева воды, если она еще не достаточно горячая.

Найти место для накопителя горячей воды может быть непросто. В идеале лучше всего расположить рядом с водонагревателем, однако, поблизости, даже если через стену в другой комнате будет работать. Некоторые домовладельцы заменяют свой старый водонагреватель резервуарного типа на настенный водонагреватель без резервуара, а затем используют пространство старого водонагревателя для резервуара солнечного водонагревателя.

Solar-Water-Heater-Pro от First Solar Products Inc.

10666 Gateway Blvd St.Louis, MO 63132 Тел. 314-736-6206 факс: 800-758-9968 Солнечные системы горячего водоснабжения — путь к экологичности Мы предлагаем солнечный водонагреватель Мы являемся профессиональным солнечным водонагревателем! Мы стремимся предоставить солнечные системы горячего водоснабжения каждой семье в Соединенных Штатах по доступной цене! Сегодняшние солнечные системы горячего водоснабжения можно эффективно и недорого эксплуатировать в любом климате. Благодаря вакуумным трубкам и специальным покрытиям системы могут работать даже при облачном небе или при отрицательных температурах. Солнечные системы горячего водоснабжения также называются солнечными тепловыми системами, солнечными водонагревателями или SWH. Они состоят из солнечных коллекторов горячей воды в форме откачанных труб или плоских панелей, солнечного резервуара для воды и рабочей станции, включая циркуляционный насос и блок управления. Solar Water Heater Pro предлагает сертифицированные SRCC солнечные водонагреватели, солнечные водонагреватели с теплообменниками и аксессуары, включая циркуляционный насос, блок управления или солнечный контроллер, расширительные баки / резервуары, монтажные рамы и другие запасные части.

Солнечная система горячего водоснабжения — Расчет системы

Размер системы

Это открытие страницы:

Правильный выбор размера системы

Один из наиболее важных шагов при покупке солнечной системы горячего водоснабжения — убедиться, что ее размер соответствует вашим потребностям в горячей воде.Если она слишком большая, вы потратите деньги на систему, которая производит больше горячей воды, чем вам нужно. Если он слишком мал, вы потратите дополнительные деньги на резервный нагреватель, работающий на природном газе, электричестве или пропане. Соответствующий размер и количество коллекторов, размер накопительного бака и общий тип системы, который лучше всего подходит для ваших потребностей в горячей воде, позволят получить меньшую, более ресурсоэффективную и экономичную систему.

Размеры коллектора / пространство под крышей

Плоские коллекторы имеют размер от 20 до 48 квадратных футов и могут весить от 80 до 150 фунтов.Размеры варьируются от 3 × 6 футов до 4 × 10 футов при толщине 3 дюйма. Размеры вакуумных трубчатых коллекторов зависят от количества используемых трубок. Коллектор с 20 трубками (размером около 6 × 7 футов) обеспечит достаточно горячей воды для одного-трех человек. Они весят больше плоских коллекторов.

Для быстрой оценки жилой системы общее практическое правило состоит в том, что ваша южная крыша / поверхность требует как минимум 20 квадратных футов площади коллектора для каждого из первых двух человек в доме.На каждого дополнительного человека, использующего горячую воду, добавляйте минимум от 12 до 14 квадратных футов. Согласно этим рекомендациям, для коллекторов, которые могут обеспечить 100 процентов горячей воды для трех человек, необходимо 52 квадратных фута обращенной на юг крыши или другой площади поверхности. Экономия воды и установка водосберегающих приспособлений и приборов может уменьшить размер коллекторов и всей необходимой системы.

Размер резервуара для хранения солнечной энергии

Некоторые компании продают солнечные системы горячего водоснабжения с одним резервуаром (резервуар хранит воду, нагретую солнечными батареями, и служит резервным), но большинство владельцев зданий оставляют существующий водонагреватель в качестве резервного и покупают новый резервуар для хранения воды. вода, нагретая солнечными батареями.

Эмпирическое правило для размера резервуара для хранения основано на среднем потреблении 20 галлонов горячей воды на человека в день.

Кол-во людей	Объем резервуара для хранения (в галлонах)
от 1 до 3	30-60
от 3 до 4	80
от 4 до 6	120

Для активных систем (обычно используемых в Монтане и Вайоминге) для более точной оценки используются следующие рекомендации: 1.На квадратный фут площади коллектора требуется 5 галлонов емкости для хранения. Это помогает предотвратить перегрев системы при низкой потребности в горячей воде. В нашем примере 52 квадратных фута площади коллектора x 1,5 = 78 галлонов необходимого объема резервуара для хранения; таким образом, будет использоваться бак на 80 галлонов.

Эффективность системы

Тип и размер солнечной системы горячего водоснабжения важны, но не менее важны ее эффективность. Чем эффективнее система, тем быстрее она окупается. Два числа эффективности, о которых нужно знать и спрашивать:

• Коэффициент солнечной энергии (SEF): это число варьируется от 1.От 0 до 11, где чем больше число, тем эффективнее система. SEF определяется количеством энергии, подаваемой в систему, деленным на электрическую или газовую энергию, подаваемую в систему.
• Доля солнечной энергии (SF): это число находится в диапазоне от 0 до 1,0 и представляет собой долю вашей потребности в энергии для нагрева воды
  , которая обеспечивается солнцем. Чем выше число SF, тем эффективнее система и тем больше солнечная энергия способствует нагреву воды (уменьшая энергию, используемую резервным нагревателем).

Если вы обратитесь к веб-сайту Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) и сравните полные системы (в каталоге OG 300), вы сможете сравнить рейтинги SEF и SF. Системные рейтинги указаны для всех компонентов системы: коллектора, резервуара, насосов, двигателей, клапанов, трубопроводов и т. Д. Системные рейтинги SRCC предназначены только для систем в масштабе жилых домов. Справочник OG 100 предоставляет только информацию о рейтинге отдельных сборщиков.

В то время как эмпирические правила и таблица размеров дают приблизительное представление о размерах коллектора и накопительного бака, компании, занимающиеся солнечными системами горячего водоснабжения, и установщики могут провести более точную оценку, основанную на вашем использовании воды, наклоне крыши, широте, солнечном ресурсе и сезонной температуре. вариации.

Компьютерные программы: Если у вас есть доступ к компьютеру, есть программы, которые позволяют вам вводить информацию, чтобы получить представление о размере системы, стоимости и т. Д. Одна из тех, которые можно попробовать, — это Solar Estimate.

Список литературы

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (произведено) для Министерства энергетики США. (2003, декабрь). Руководство для потребителей: нагрейте воду солнцем . DOE / GO-102003-1824.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (произведено) для Министерства энергетики США.(1996, март). Солнечный водонагреватель . DOE / GO-10096-050.

Министерство энергетики США. (2010, октябрь). Расчет солнечной системы водяного отопления. Получено 19 января 2011 г. с: http://www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12880

Министерство энергетики США. (2010, октябрь). Энергетическая эффективность солнечного водонагревателя . Получено 8 февраля 2011 г. с: http://www.energysavers.gov/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12900

.

2021 Руководство по солнечным водонагревательным системам

Хотя первоначальная стоимость солнечного водонагревателя может быть выше, чем у традиционных водонагревателей, солнечная энергия, которую вы используете, может принести большую экономию и экологические преимущества.На отопление воды приходится 18% энергии, потребляемой домом, но солнечный водонагреватель может сократить ваши счета за нагрев воды на 50-80%.

В этой статье мы объясним, как водонагреватель на солнечной энергии может помочь вам использовать бесплатный возобновляемый источник энергии, потенциально экономя деньги и принося пользу планете. Обладая этой информацией, вы сможете принять наилучшее решение о том, является ли солнечный водонагреватель хорошим вложением для удовлетворения потребностей вашего дома в горячей воде.

Основы солнечного водонагревателя

Основная функция солнечного водонагревателя заключается в том, чтобы подвергать воду или теплообменную жидкость воздействию солнечных лучей, а затем направлять нагретую жидкость обратно в ваш дом для домашнего использования.Основные компоненты всех солнечных водонагревателей — это накопительный бак и коллектор для улавливания солнечного тепла.

Коллекторы представляют собой серию плоских пластин, трубок или резервуаров, через которые проходит вода или теплоноситель и поглощает солнечное тепло. Оттуда жидкость циркулирует либо в резервуар для воды, либо в теплообменник.

Солнечные водонагреватели чаще всего используются в качестве энергосберегающих устройств для предварительного нагрева воды перед подачей в обычный водонагреватель в доме. Но некоторые солнечные водонагреватели нагревают и накапливают воду без использования обычного резервуара, предлагая горячую воду полностью на солнечной энергии.

Типы солнечных водонагревателей

Солнечные водонагреватели делятся на две большие категории: пассивные и активные. Основное различие между ними состоит в том, что активные системы требуют циркуляционных насосов для перемещения воды, а пассивные системы полагаются на гравитацию для перемещения воды. Активным системам также требуется электричество для работы, и они могут использовать антифриз в качестве теплоносителя.

В простейшем из пассивных солнечных коллекторов вода нагревается в трубках, а затем при необходимости направляется прямо в водопроводный кран.Активные солнечные коллекторы либо используют антифриз, который передается из солнечного коллектора в теплообменник, который нагревает питьевую воду для хранения и домашнего использования, либо просто нагревают воду напрямую, которая затем перекачивается в резервуар для воды.

Активные и пассивные системы имеют подкатегории, которые специализируются на различных климатических условиях, задачах, возможностях и бюджетах. Тот, который вам подходит, будет зависеть от следующих факторов:

• Свободное место
• Наличие солнечного света
• Ваша потребность в мощности
• Строительные нормы и правила в вашем районе
• Ваш бюджет на установку

Давайте посмотрим на каждый тип солнечной системы горячего водоснабжения и на то, какую пользу он может принести вашему дому.

Активные солнечные водонагреватели

Хотя активные солнечные водонагреватели дороже пассивных систем, они более эффективны. Существуют два типа активных солнечных водонагревательных систем:

Активный прямой

В активной прямой системе питьевая вода проходит непосредственно через коллектор тепла в накопительный бак для использования. Они лучше всего подходят для мягкого климата, где температура редко опускается ниже нуля.

Активный косвенный

Активные непрямые системы обеспечивают циркуляцию незамерзающей жидкости через солнечный коллектор в теплообменник, где тепло жидкости передается питьевой воде.Затем вода направляется в резервуар для хранения для бытовых нужд. Активные непрямые системы необходимы для холодного климата, где температура регулярно опускается ниже нуля. Без активной косвенной системы трубы могут замерзнуть и лопнуть.

Пассивные солнечные водонагреватели

Пассивные солнечные водонагреватели — менее дорогой и простой вариант, но они также менее эффективны, чем активные системы. Однако они могут быть более надежными и служить дольше, поэтому не стоит упускать из виду их как вариант, особенно если у вас ограниченный бюджет.

Все пассивные системы используют давление или силу тяжести для циркуляции воды и бывают двух видов:

Встроенный коллектор-накопитель и нагреватели периодического действия

Интегральные коллекторные накопители (ICS) являются самыми простыми из всех солнечных водонагревательных агрегатов — тепловой коллектор также служит резервуаром для воды. Они довольно эффективны, но работают только в климате с небольшим риском отрицательных температур. Системы ICS могут быть такими простыми, как большой черный резервуар или серия небольших медных трубок, прикрепленных к крыше.Агрегаты ICS с медными трубками нагреваются быстрее из-за увеличенной площади поверхности, но быстрее теряют тепло по той же причине.

Системы ICS обычно используются для предварительного нагрева воды для обычных водонагревателей. В такой системе, когда вода необходима, она покидает накопительный резервуар / коллектор и попадает в обычный водонагреватель в доме.

При выборе системы ICS важно учитывать размер и вес: поскольку резервуар для хранения сам по себе также является коллектором, он большой и тяжелый.Конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать громоздкие системы АСУ ТП, что может оказаться непрактичным или невозможным для некоторых домов. Еще одним недостатком системы ICS является ее склонность к замерзанию и даже взрыву в более холодную погоду, что делает ее пригодной только для более теплого климата или иным образом осушаемой до наступления холода.

Водонагреватели Thermosyphon

Системы Thermosyphon полагаются на тепловую циркуляцию. Вода циркулирует, когда теплая вода поднимается, а холодная спускается. У них есть резервуар, как у блока ICS, но коллекторы прикреплены к резервуару с наклоном вниз, чтобы обеспечить тепловую циркуляцию.

Коллекторы термосифона собирают солнечный свет, отправляя нагретую воду обратно в резервуар через замкнутый контур или тепловую трубу. Хотя термосифоны более эффективны, чем системы ICS, их нельзя использовать там, где происходит регулярное высыхание.

Сколько стоит солнечный водонагреватель?

Чем больше горячей воды вы используете, тем больше вероятность того, что солнечный водонагреватель со временем окупится. Солнечные водонагреватели наиболее рентабельны для домашних хозяйств с большим количеством членов или большой потребностью в горячей воде.

Обычный солнечный водонагреватель будет стоить около 9000 долларов без учета федеральных льгот, а активные модели с большей мощностью — до 13000 долларов. Небольшие системы могут стоить всего 1500 долларов.

Цены сильно различаются в зависимости от многих факторов, включая выбранные вами материалы, размер системы, затраты на установку и обслуживание и многое другое. Хотя системы ICS являются самым дешевым вариантом (около 4000 долларов за 60-галлонные блоки), они не будут работать во всех климатических условиях, поэтому, если в вашем доме регулярно температура ниже нуля, у вас не будет другого выбора, кроме как потратить деньги на активная косвенная система или, по крайней мере, использовать другую систему только часть года.

Вес и размер более дешевых пассивных систем могут подходить не всем. Если ваша конструкция не выдержит вес пассивной системы или у вас нет места, более дорогая активная система снова станет вашим лучшим вариантом.

Если ты строительство нового дома или рефинансирование, вы можете включить стоимость нового солнечного водонагревателя в свою ипотеку. Включая стоимость нового солнечного водонагревателя в 30-летнюю ипотеку, вы обойдетесь в 13-20 долларов в месяц.Возьмите федеральные льготы, и вы можете платить всего от 10 до 15 долларов в месяц. Так что, если вы строите новое или рефинансируете, а ваши обычные счета за отопление воды превышают 10-15 долларов в месяц, вы сразу же начнете экономить деньги. И чем больше воды вы используете, тем быстрее окупится система.

Помимо затрат на покупку и установку самой системы, вам необходимо учитывать годовые эксплуатационные расходы. В простой пассивной системе это может быть ничтожно мало или ничего.Но в большинстве систем, использующих обычные водонагреватели в тандеме с солнечным обогревателем, вы понесете некоторые расходы на отопление, хотя и намного ниже, чем при использовании обычного водонагревателя.

Налоговые льготы для солнечных водонагревателей

Вам не нужно брать на себя всю цену новой солнечной системы водяного отопления. Федеральные налоговые льготы могут значительно снизить стоимость установки. Федеральные налоговые льготы по возобновляемым источникам энергии для жилых домов (также известные как ITC или инвестиционные налоговые льготы) могут предоставить 26-процентный налоговый вычет на солнечные водонагреватели.Но есть некоторые условия для участия:

• По крайней мере, половина энергии, производимой в доме, должна поступать от солнца (фотоэлектрические системы).
• Новый солнечный водонагреватель должен быть сертифицирован Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) или аналогичным органом, одобренным правительством штата, в котором установлена ​​система.
• Солнечная система отопления не может использоваться для обогрева бассейнов или гидромассажных ванн — она ​​должна нагревать воду, используемую в доме или на работе.

Многие штаты, муниципалитеты и коммунальные службы предлагают собственные льготы и скидки на установку солнечных водонагревателей. Проверьте База данных DSIRE для получения дополнительной нормативной информации.

Где взять солнечный водонагреватель

Компоненты солнечного водонагревателя легко доступны во многих национальных сетевых магазинах, таких как Home Depot. Установки также доступны для покупки напрямую у производителей, при этом Duda Diesel и Sunbank Solar предлагают несколько отличных вариантов солнечных водонагревателей для жилых домов.Местные установщики также могут предложить качественные солнечные водонагреватели.

Для Солнечное отопление бассейна и маломасштабное использование, обратите внимание на нагреватели ниже:

• Duda Solar 30 Tube Water Heater Collector: Эта система является идеальным выбором для подогрева бассейнов, гидромассажных ванн и систем с обратной связью. Тридцать высокоэффективных негерметичных трубок обеспечивают отличное поглощение солнечного света и рассчитаны на потребление до 45 000 БТЕ в день.
• Солнечный водонагреватель Sunbank 40 галлонов Солнечный водонагреватель: Этот солнечный водонагреватель разработан для домашних хозяйств, состоящих из одного-трех человек.Эта термосифонная система обеспечивает исключительную эффективность поглощения (92-96%) и поддерживает горячую воду в течение всего дня в сверхизолированном встроенном резервуаре. При весе всего 180 фунтов его можно установить на большинстве крыш.
• Duda Solar 200-литровый водонагреватель Активная сплит-система: Этот полный комплект включает резервуар для воды из нержавеющей стали, контроллер и погружной водяной насос. Это система с двумя змеевиками, которая позволяет нагревать воду в резервуаре как с помощью солнечной энергии, так и от вторичного источника электричества или тепла.

Поскольку на то, какой солнечный водонагреватель вам следует купить, влияет очень много факторов, при выборе и установке более крупной солнечной водонагревательной системы рекомендуется проконсультироваться с профессионалом.

Солнечные водонагреватели Vs. Домашняя солнечная система

Солнечные водонагреватели встречаются реже, чем раньше. Во многом это связано с резким снижением стоимость солнечных панелей, в результате чего многие люди, которые в противном случае установили бы солнечные водонагреватели, отказались от них и нагревали воду электричеством, вырабатываемым их собственными солнечными панелями.

Солнечные водонагреватели занимают драгоценную недвижимость, и для домовладельца, заинтересованного в производстве собственного электричества, вырабатываемого солнечными батареями, может иметь смысл максимально увеличить доступное пространство и вообще отказаться от солнечного нагрева воды. вместо этого покупать солнечные батареи.

Однако, если у вас нет места для солнечных батарей, солнечные водонагреватели все равно могут подойти, поскольку они занимают гораздо меньше места, чем солнечные панели. Солнечные водонагреватели также могут быть отличным вариантом для тех, кто живет в удаленных местах, или в качестве экологически чистого дополнения к существующей солнечной генерации электроэнергии.Современные электрические водонагреватели невероятно эффективны и при питании от солнечной энергии в сочетании с солнечным водонагревателем дадут значительную экономию для вашего кошелька и сократят выбросы парниковых газов.

Для многих домовладельцев решение сводится к цене. Солнечные водонагреватели могут стоить более 13000 долларов. Чтобы узнать, сколько будет стоить полная домашняя солнечная система для вашего дома, вы можете получить бесплатную, не обязательную цитату от ведущая солнечная компания в вашем районе, заполнив форму ниже.

FAQ: Солнечный водонагреватель

Стоит ли солнечный водонагреватель?

Стоит ли солнечный водонагреватель, все зависит от того, где вы живете, ваших потребностей и предпочтений, а также от того, планируете ли вы установка солнечных батарей. Солнечные водонагреватели теряют свои позиции в основном из-за всплеска солнечной энергии в домашних условиях: люди, которые установят солнечные водонагреватели, также хотят, чтобы солнечная энергия использовалась для выработки электроэнергии, и часто предпочитают отказаться от солнечных водонагревателей, которые конкурируют за ценное пространство на крыше.

Если у вас есть место, солнечный водонагреватель, вероятно, снизит ваши счета за нагрев воды. Солнечный водонагреватель, используемый в сочетании с другими возобновляемыми источниками энергии, по-прежнему является отличным выбором практически для любого применения.

Сколько стоит солнечный водонагреватель?

Типичная солнечная система водонагревателя будет стоить около 9000 долларов, а более дорогие модели — более 13000 долларов. Обогреватели для мелкомасштабного использования будут намного дешевле — от 1000 до 3000 долларов.

Какие недостатки у солнечных водонагревателей?

Самым большим недостатком солнечного водонагревателя является то, что он не работает в туманные, дождливые или пасмурные дни, а также ночью. Хотя с этим можно справиться с помощью обычного вспомогательного нагревателя, это по-прежнему является недостатком, присущим всем солнечным технологиям. Техническое обслуживание может стать еще одним препятствием. Хотя обычно они не требуют особого обслуживания, некоторые солнечные водонагреватели требуют регулярного осушения, очистки и защиты от коррозии.

Как работает солнечный водонагреватель?

Солнечные водонагреватели циркулируют жидкость через солнечный коллектор — чаще всего это коллектор с плоской пластиной или трубчатый коллектор — нагревая жидкость и отправляя ее либо в резервуар для использования, либо в теплообменник, где жидкость используется для нагрева воды для домашнего использования.

Кристиан Йонкерс — писатель, фотограф, кинорежиссер и любитель активного отдыха, одержимый пересечением людей и планеты.Он сотрудничает с брендами и организациями, в основе которых лежит социальное и экологическое воздействие, помогая им рассказывать истории, которые меняют мир.

Солнечный коллектор — Энергетическое образование

Рисунок 1. Солнечный коллектор. ^[1]

A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. ^[2] Эти коллекторы обычно монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки.В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло воде или воздуху, находящемуся между стеклом и пластиной-поглотителем.Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. ^[4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. ^[5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды для использования. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду.У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При этом давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. ^[2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. ^[7]

Эти коллекторы, иногда называемые параболическими желобами, используют материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. ^[8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. ^[2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. ^[2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. ^[9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. ^[2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. ^[10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотовольтаикой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6} Г. Бойля. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4,0 4,1} Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
9. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет].

   No related posts.