Солнечные коллекторы для отопления: эффективность, преимущества, недостатки и цена

В последние годы набирает популярность альтернативный источник, способный обеспечить дешевым теплом человека, сделав более комфортной его жизнь – солнечный коллектор.

Описание

Солнечный коллектор относится к климатической технике, отличающейся возобновляемым ресурсом. Для него источником тепла служит сама природа, поэтому расходы (хотя вовсе немалые) потребуются только для закупки оборудования.

Тем не менее, экономия, которую несут такие конструкции, составляет в год до 800 кВт, что равно половине потребности для частного дома.

Назначение

Устройство, превращающее энергию Солнца в тепло­, называется солнечным коллектором. Учитывая, насколько сегодня дорогой газ и электричество, используемые для отопления и нагрева воды, продолжаются поиски альтернативных источников, которые бы смогли их заменить и сделать менее затратными. Таким как раз и является солнечный коллектор.

Полученное с его помощью тепло поступает в теплоноситель, т.е. используется для обогрева помещений, воды в бассейнах и т.д.

Установка солнечных коллекторов поднимает температуру воды до 50%, даже в отдельных случаях до 65%. В летние месяцы эта цифра увеличивается до 100%.

От такого устройства питаться могут бытовые приборы, использующие теплую воду: стиральные и посудомоечные машины, бойлеры и пр.

Простые в эксплуатации солнечные водонагреватели позволят жить комфортно, не нанося окружающей среде даже малого вреда.

Разновидности

Солнечный коллектор может быть различной формы, но самой распространенной считается плоская.

Для эффективного поглощения солнечных лучей, он покрыт слоем адсорбента, который трансформирует поглощенные лучи в тепловую энергию.

Для сокращения термических потерь коллектор помещен в термоизолированный кожух, стенки которого прозрачные.

Что такое адсорбент?

Адсорбент представляет собой чаще всего набор из огромного числа металлических пластин. По трубкам теплоноситель передается к пластинам, где проходит теплообмен.

Бывает, что адсорбент изготавливают из двух металлических листов (листовой). Тогда теплоноситель циркулирует между ними. В таком варианте используют материал – медь и алюминий.

Для солнечных коллекторов, подогревающих в бассейнах воду, используются искусственные материалы, имеющие более низкие показатели термостойкости.

Еще один вид – комбинированные аппараты, не требующие применения циркуляционных насосов, т.е. подогревающие воду в самих коллекторах.

Конструкция солнечной установки

Она, надо сказать, достаточно сложная.

Состоит она из:

• датчиков температуры, установленных в коллекторе и накопителе;
• расширительного бака;
• солнечного регулятора;
• циркуляционного насоса;
• водостока для горячей воды;
• системы, подключенной к воде холодной;
• датчика температуры подогрева.

Формы коллекторов

Солнечный коллектор может быть различной формы, но самой распространенной считается плоская.

Для эффективного поглощения солнечных лучей, он покрыт слоем адсорбента, который трансформирует поглощенные лучи в тепловую энергию.

Для сокращения термических потерь коллектор помещен в термоизолированный кожух с прозрачными стенками.

Цвет их обычно черный, поскольку именно у него наибольший коэффициент поглощения солнечного света. Он показывает соотношение между излучаемыми лучами коротковолновыми и поглощаемыми, следовательно, и отражаемыми.

Устройство при этом нагревается, что говорит об отдаче абсорбером лучей, о длинноволновых.

Именно абсорберы являются сердцем солнечной системы. Чтобы потери свести к минимуму, применяют конструкции с ограниченным покрытием. Подобное оборудование дает возможность получения максимального количества солнечной энергии, которая затем преобразуется в тепло.

В процессе работы помимо этого уменьшается эмиссия излучения тепла. У обычного покрытия коэффициент абсорбции достигает 90%.

При производстве абсорберов, они покрываются специальным лаком, наносится который из-за высокой эмиссии не на всю поверхность.

На частичное покрытие указывают элементы, изготовленные из оксида алюминия, которые покрашены черным хромом или никелем.

Новым решением считается технология напыления в вакуумном коллекторе титано-оксидно-нитридного слоя, который не просто сокращает уровень эмиссии, но и в отдельных случаях исключает ее полностью.

Теплоноситель

Роль теплоносителя, протекающего через адсорбент, выполняет вода, смешанная с антифризом. Циркуляция идет между коллектором и емкостью с горячей водой. Чтобы запустить солнечную установку предусмотрен специальный регулятор.

Когда в солнечном коллекторе температуры становится выше, чем нагрета жидкость, находящаяся в специальном резервуаре, автоматически включается насос, которые и перекачивает тепло.

Плоские коллекторы

Такая конструкция состоит из:

• корпуса;
• абсорбера;
• покрытия прозрачного, для которого подходит безосколочное стекло, хорошо пропускающее коротковолновые солнечные лучи т.е. обладающее достаточно высоким коэффициентом. При этом, оно уменьшает их отражение и способствует отведению тепла через конвекцию;
• теплоизоляции.

Такое покрытие совместно с корпусом является надежной защитой от неблагоприятных внешних факторов абсорбера.

Материал корпуса

Чаще других используется для его изготовления алюминий и оцинкованная сталь, реже – синтетические материалы. Потери тепла уменьшают теплоизоляционный слой и абсорбер, имеющийся на стенках и обратной стороне.

Изоляционные материалы

В качестве их выступает полиуретановая пена, минеральная вата, стекловолокно и стеклопластик.

Этот вид солнечных коллекторов отличается самым оптимальным соотношением стоимости и мощности.

Помимо этого, они допускают различные виды установки:

• отдельно стоящие коллекторы;
• вмонтированные в крышу;
• находящиеся под кровлей.

Минимизация потерь

Чтобы уменьшить внутри корпуса конвекцию существует ряд способов, среди которых откачка теплого воздуха в помещение. Подобные солнечные устройства называют вакуумными.

Недостаток их том, что каждые 1-3 года необходимо проводить вакуумирование.

Вакуумные трубные коллекторы

В таких устройствах полосы абсорбера находятся в ударопрочных вакуумных стеклянных трубках. В таком варианте теплоноситель проходит по нему по принципу «труба в трубе». Состоит солнечный коллектор из большого числа небольших труб, составляющих единую систему.

Жидкость, находящаяся такой трубе, испаряется даже при невысокой температуре.

Нагретая жидкость переходит в парообразное состояние, поднимается по тепловым трубам, подпет через теплообменники большое количество тепла в общую трубу, затем теплоноситель стекает, а образовавшаяся в результате конденсирования жидкость, вновь попадает в тепловую трубу. Трубки находятся под углом, чтобы шел процесс испарения и конденсации.

Соединение коллекторов

Различают два типа соединений:

• процесс идет в теплообменнике, с которым соединены все трубы. Соединение такое называется сырым;
• в сборной трубе (сухое соединение). Солнечный цикл не используется на полную мощность, поскольку процесс проходит в части труб.

Цена

К недостаткам принято относить низкую рентабельность. Но и появившиеся в 70-х котлы поначалу вызывали сомнения относительно экономической выгоды.

А если добавить клад, который солнечные установки вносят в охрану окружающей среды, то о солнечных системах стоит подумать всерьез. Тем более, что тенденция с подорожанием традиционной энергии будет сохраняться.

Солнечная же энергия неиссякаема и поставляется бесплатно. Поэтому, людей, вкладывающих сегодня средства солнечные конструкции, назвать можно инвесторами в будущее.

Выбор и цена

Для выбора коллектора важны температурная зона, расположение здания и, конечно, цена.

Стоимость вакуумного самая высокая. Дешевле втрое – плоский.

Тендем с электричеством

Энергия воздействует на тепловой элемент, вызывая в полостях устройства рост температуры воздуха, антифриза или воды. Главным элементом коллектора выступает корпус, представляющий пластину большой площади.

Из-за погодной нестабильности, т.е. в облачные и прохладные дни, она лишь впитывает имеющееся тепло и нагревает комплект. Поэтому появилась идея использования устройства тендеме с электричеством. То есть, после того, как комплект нагрет, наступает очередь электричества.

Такой подход из установки помогает получить все. При этом останется таким же скромным расчет затрат. Эту технологию назвали «Принудительной циркуляцией». Применяется она в промышленных коллекторах.

Способ включения гелиосистем

Он определяется выбранным типом циркуляции. Если накопление используется естественное, то бак накопительный крепится выше, чем основная пластина. Верхний вывод соединяют с входом горячего содержимого, а в обратном направлении – нижний. Способ не дорогой. Но, его недостатком является возможность образования воздушных пробок.

Плюсы

• Гелиосистемы безопасны для пользователя и окружающего пространства;
• Просты в эксплуатации;
• Эстетично выглядят;
• Продолжительный срок службы;
• Отсутствие перебоев с поставкой тепла;
• Непривязанность к тарификации, т.е. повышение цен на электричество на них не отражается;
• Возможность использования для обогрева нескольких построек одновременно, включая подогрев воды в бассейнах.

Минусы

• Склонность к поломкам;
• Плоские прочнее аналогов, но в случае поломки из строя выходит вся система, что потребует дополнительных вложений;
• Вакуумные также склонны к поломкам: из строя обычно выходят хрупкие трубки. Однако ремонт не столь дорогостоящий, как у плоских. Возможно просто заменить отдельную колбу;
• Воздушные – самые простые по конструкции и вмешательства требуют редко. К тому же они нагревают помещение хуже.

Видео: Солнечный коллектор, первый день испытания