Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления
Многих из нас беспокоят постоянно растущие цены на отопление и горячее водоснабжение и заставляют задуматься о том, как можно сократить расходы на электроэнергию либо свести их к нулю. Но есть ли способ снижения затрат на электроэнергию, который также будет экологически безопасным? Использование солнечных коллекторов – это ответ.
Такие коллекторы, называемые также гелиосистемами, способны аккумулировать солнечную энергию для нагрева воды. Установка такой системы позволяет дополнительно поддерживать тепло в доме весной и летом. Отмечается, что обладатели таких систем получают горячую воду и тепло абсолютно бесплатно.
Устройство и принцип работы солнечных коллекторов довольно просты. Они состоят из металлических пластин черного цвета, заключенных в корпус из стекла или пластика. Коллекторы обычно монтируются на крыше дома и представляют собой, по сути, миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Главная задача солнечного коллектора - согревать воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше эффективность коллектора. Тем не менее, несмотря на то, что принцип работы для всех коллекторов один и тот же, конструкция может различаться в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.
Как правило, неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно спускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода поступает в теплообменник, где быстро нагревается и вновь поступает в резервуар. Это означает, что вода внутри коллектора всегда остается горячей. В ясные солнечные дни ее температура может достигать 70 оC.
Рерайт текста с сохранением структуры:
В статье рассматриваются различные типы бытовых коллекторов, которые используются для нагрева воды и отопления. Интересно, что описываемая в статье схема работы коллектора довольно упрощена, а на практике гелиосистемы представляют собой более сложную конструкцию.
Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями, каждый из которых предназначен для определенного вида использования. К примеру, для отопления крупных помещений чаще всего применяются вакуумные трубчатые коллекторы, а для бытового использования лучше подойдут плоские.
Также стоит отметить, что помимо типа коллектора, важны характеристики системы в целом, такие как площадь поверхности сбора энергии и производительность насоса циркуляции. Знание всех этих особенностей поможет выбрать наиболее подходящую систему для конкретных нужд.
Плоские солнечные коллекторы, представляющие собой один из наиболее распространенных типов, являются более доступным вариантом, однако, по сравнению с другими моделями, они теряют больше тепла. Коллекторы данного типа состоят из нескольких основных элементов. В частности, плоскостной поглотитель – это металлический лист, покрытый специальной краской, которая предоставляет темную окраску. Этот лист соединен с теплопроводящими трубами и является ответственным за накопление солнечных лучей и перевод их в форму тепловой энергии. После этого полученное тепло передается жидкости-теплоносителю, который содержит воду и гликоль. Эта жидкость направляет полученное тепло в солнечный аккумулятор. Кроме того, в коллекторе присутствуют прозрачные стеклянные панели, которые защищают поглотитель от негативного воздействия окружающей среды и создают парниковый эффект, а также теплоизоляционный материал, выполненный из минерального волокна, который играет аналогичную роль и снижает возможные потери тепла.
Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы производятся с использованием стеклянных трубок внутри каждой из которых располагается устройство, которое абсорбирует солнечный свет. Благодаря вакуумному состоянию, которое является идеальным теплоизолятором, теплопотери в таких коллекторах значительно сокращаются. Различают два вида таких коллекторов в зависимости от метода нагрева - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Коллекторы первого типа предназначены для эксплуатации в любое время года, тогда как второй тип рекомендуется использовать только в теплый период с апреля по сентябрь.
Лучи солнца, которые попадают под большим углом, не могут быть использованы эффективно в качестве источника энергии неподвижными солнечными коллекторами весной, летом и осенью, когда дневной ход солнца превышает 120 градусов. Однако, можно повысить эксплуатационные температуры до уровня от 120 до 250 градусов Цельсия, если использовать концентраторы вместе с поглощающими элементами и параболоцилиндрическими отражателями в солнечных коллекторах. Концентраторы направляют солнечные лучи, увеличивая их количество на панели. Однако, для получения еще более высоких температур требуется использовать устройства, следящие за солнцем. Это решение является слишком дорогостоящим и применяется в основном в промышленных целях.
Солнечные воздушные коллекторы - это тип устройств, предназначенных для использования в целях нагрева воздуха. Они представляют собой простые плоские коллекторы, которые можно использовать для отопления помещений или сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух, который необходимо нагревать, проходит через поглотитель. Этот процесс может осуществляться как с помощью естественной конвекции, так и за счет воздействия вентилятора. Однако следует учитывать, что использование вентиляторов может потребовать дополнительных затрат энергии на их работу.
Кроме того, стоит отметить, что срок службы солнечных коллекторов может колебаться от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Однако дешевые продукты от азиатских производителей могут быть менее надежными, в то время как продукция от лучших немецких компаний может прослужить еще дольше заявленного срока.
Как рассчитать мощность солнечного коллектора
Солнечные коллекторы могут быть весьма эффективными для обогрева воды в доме. Чтобы точно определить его мощность, нужно знать площадь поглощения, уровень инсоляции для конкретного региона и КПД коллектора.
Предположим, вы используете коллектор площадью примерно 1 квадратный метр, который состоит из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 квадратных метров. Расчет мощности на один день может быть произведен следующим образом: 0,15 (площадь поглощения одной трубки) × 1173,7 (уровень инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт•час/кв. м. В летние месяцы каждая трубка вакуумного теплового коллектора, в среднем, производит 0,325 кВт•час за день, а в самые солнечные месяцы - до 0,545 кВт•час.
Полезный совет: Статистика показывает, что в домашнем хозяйстве, в среднем, для использования горячей воды на одного человека требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день.
Распространенность использования солнечных коллекторов по всему миру по меньшей мере уже несколько десятилетий не вызывает сомнений. Однако в России эта технология все еще остается новинкой. Несмотря на то, что настоящий бум солнечных коллекторов случился в 1970-е годы, во время нефтяного кризиса, их начали применять во многих странах, от США до Японии. Например, в настоящее время в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы. С мощностью более 200 гигаватт тепловой энергии общей мощности мира, это число теперь продолжает расти.
В других странах, таких как Германия, использование солнечных коллекторов оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. Однако в России данный показатель остается крайне низким - всего 0,2 кв. м/1000 чел.
Многие могут спросить, целесообразно ли использование солнечных коллекторов в России, где климат не такой теплый и солнечных дней гораздо меньше, чем в южных широтах? Однако расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода не может помешать эффективной эксплуатации коллекторов. В зоне среднего климата России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади, а максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, установка солнечного коллектора площадью 2 кв. м будет прогревать воду в баке емкостью 100 л до температуры свыше 37 C. А в теплые месяцы коллектор будет работать даже более эффективно.
Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, а также для обеспечения энергией теплиц. Их легко интегрировать в любую сеть водо- или теплоснабжения и установить. Используя солнечные коллекторы, можно существенно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать даже бесплатную горячую воду. Надежность производителей солнечных коллекторов достигается благодаря таким компаниям, как FUTUS-NUKLEON (Австрия, Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), а также немецким компаниям Wolf и Vaillant. Эти бренды предлагают надежную продукцию, которая постоянно совершенствуется и дополняется новыми технологиями.
Гелиоустановки могут стать серьезным шагом на пути к экономической выгоде и экологической чистоте. Коллекторы могут быть разных типов, с разными уровнями сложности системы, мощности и производительности, и всё это сказывается на их стоимости. Если говорить о небольших установках для частных домов, то их стоимость начинается от 160 000 рублей за базовую комплектацию, предназначенную для нагрева воды и с мощностью около 2 кВт•ч. В свою очередь, более мощные системы с несколькими коллекторами (общей мощностью около 6 кВт•ч), которые предназначены для отопления дома, могут обойтись в 270 000 рублей. Естественно, к этим расходам нужно добавить стоимость монтажа и наладки.
Однако, стоит заметить, что окупаемость гелиоустановки напрямую зависит от режима эксплуатации. В отопительный период она в среднем на 25% поддерживает отопление помещения и на 80-90% в летние месяцы обеспечивает горячую воду. Срок окупаемости гелиоустановки может варьироваться от 2 до 8 лет в зависимости от расходов на тепло и горячую воду. Эти цифры свидетельствуют о том, что использование технологии в России становится всё более целесообразным и перспективным с экономической точки зрения.
Фото: freepik.com