Солнечные коллекторы для отопления

С поступательным развитием технологий появляются новые источники энергии, используемые для отопления домов. Как альтернатива традиционному газу или углю выступают солнечные коллекторы для отопления. Совсем недавно ученые рассматривали лишь возможность использования энергии солнца для обогрева жилья. Сегодня же, благодаря совершенствованию и снижению стоимости оборудования, «экологические» дома набирают популярность.

К основным преимуществам использования природного тепла можно отнести:

  • круглогодичное получение энергии – для выработки тепла достаточно солнечной погоды;
  • доступность и взаимозаменяемость – могут использоваться как единственный источник обогрева, или как дополнение к основному (газовому);
  • экономия средств – переходя на работу гелеосистем, можно существенно сократить потребление другого вида топлива;
  • экологичность – абсолютно безопасны для окружающей среды.

Солнечные коллекторы для отопления

Принцип действия

В модульную систему отопления входят:

  • солнечный коллектор — крепится на монтажной опоре, на крыше дома – обычно южная сторона; стандартный размер – 2-8 кв.м.;
  • бак накопитель – в нем аккумулируется и сберегается полученная энергия;
  • вакуумные трубки – участвуют в поглощении солнечного излучения;
  • жидкость-теплообменник – циркулирует между баком накопителем и коллектором (передает полученное тепло воде);
  • датчик температуры – регулирует температуру нагрева;
  • расширительный бак – защищает систему при увеличении объема разогретой жидкости;
  • циркуляционный насос – для принудительного продвижения теплоносителя по системе отопления.

Суть работы «солнечной» системы отопления заключается в следующем. Теплоноситель-антифриз, нагретый от солнечного коллектора, передает свою энергию воде в бак накопитель.

Циркуляция теплоносителя может осуществляться двумя способами: естественным и принудительным.

В первом случае, за счет естественной конвекции, нагретый антифриз поднимается вверх. В таких системах бак-аккумулятор должен располагаться над уровнем коллектора, что не всегда удобно. Чаще применяется только для подогрева воды.

Схема работы солнечных коллекторов

Схема работы солнечных коллекторов отопления

Более распространены отопительные системы солнечного нагрева с принудительной циркуляцией, дополнительно оснащенные циркуляционным насосом. При этом возможности коллектора увеличиваются – может использоваться для отопления дома и нагрева воды.

Из бака-аккумулятора горячая вода передается в основной отопительный котел, а через него в трубы системы отопления жилья.

Для того чтоб обеспечить стабильность теплоподачи в накопительный бак надо встроить нагреватель-дублер. Обычно его функцию берет на себя электрический нагреватель. При длительной пасмурной погоде, или недостатке солнечного света в зимний период, температура в баке-аккумуляторе может снизиться ниже уровня. В таком случае нагреватель-дублер автоматически начнет работать и обеспечит теплоту в помещении.

Виды

Для преобразования солнечной энергии в теплую воду используются различные модификации гелеосистемы. Среди них можно выделить две основные:

  • плоские модели;
  • вакуумные (фокусирующие) модели.

Плоские

Плоские модели состоят из прозрачного покрытия (рифленый поликарбонат или закаленное стекло), теплоизоляционного материала и связующих трубок.

Схема устройства плоского солнечного коллектора

Достоинства плоских моделей:

  • доступность по цене;
  • повышенная работоспособность летом;
  • самоочищаемость от снега.

Недостатки плоских моделей:

  • значительные теплопотери, что особенно сказывается на эффективности работы в зимний период;
  • затрудненность установки — монтаж происходит только в собранном виде.

Вакуумные

Конструкция отдельных элементов вакуумного коллектора (трубок) напоминает механизм действия термоса. Солнечное тепло беспрепятственно поступает через прозрачную поверхность колбы в медный стержень, расположенный внутри. Между слоями трубки образуется вакуум. Такая структура позволяет удерживать до 96% накопленного тепла.

На дне тепловых труб имеется жидкость, которая при нагреве преобразуется в пар. Газ поднимается до конденсатора и передает тепло через теплоноситель в бак накопитель. Передача тепла происходит непрерывно, так как после остывания газ превращается в жидкость и опускается обратно на дно вакуумной трубки.

Схема работы вакуумных солнечных коллекторов

Схема работы вакуумных солнечных коллекторов

Достоинства вакуумных моделей:

  • высокая температура нагрева (250-300 градусов);
  • прочность конструкции и легкость установки;
  • хорошая работоспособность летом и зимой (выдерживает низкие температуры воздуха);
  • потери тепла – минимальны.

Недостатки вакуумных моделей:

  • относительная дороговизна;
  • монтаж производиться только под определенным углом наклона коллектора;
  • после снегопада требуют очистки.

Целесообразность применения гелиосистем в центрально-европейской части России

В некоторых странах, солнечные коллекторы являются неотъемлемой частью коммуникаций каждого дома. Прежде всего, это касается южных стран и обусловлено теплым, солнечным климатом.

Рациональность применения гелиосистем в России ставилась под сомнение, в связи с географическим расположением и погодными условиями.

Были проведены расчеты, с учетом мощности потока солнечных лучей в средней полосе России (100-250 Вт на один метр квадратный; максимум – 1000 Вт на квадратный метр в полдень) по эффективности использования гелиосистемы.

По результатам можно предположить, что установка коллектора площадью всего 2 кв.м. при накопительном баке в 100 литров позволит прогревать воду:

  • минимум до 37 градусов с вероятностью 50-90%;
  • до 45 градусов с вероятностью 30-70%;
  • до 55 градусов с вероятностью 30-60%.

Учитывая небольшую стоимость плоских солнечных коллекторов, их по праву можно назвать быстроокупаемыми. Они могут полностью обеспечить жилой дом горячей водой в теплый сезон. В зимний период плоский коллектор на 60% справиться с задачей отопления жилья, что позволит не тратить лишние деньги на альтернативный топливный материал. Монтаж солнечного коллектора, общей площадью 30 кв.м. даст возможность сэкономить на покупке угля объемом до 7,8 тонн за год.

Не стоит недооценивать и высокую экологичность гелиосистемы – во время эксплуатации она не выделяет в атмосферу вредных газов, в отличие от традиционного вида отопления.

 
Поделитесь статьей с друзьями:

Публикации по теме:

 
Терморегулятор на радиатор отопления

Чтобы любая система смогла функционировать в полном объеме,... 

Газовый котел с бойлером

Отопительный газовый котел с бойлером в частном доме может... 

Внутрипольные конвекторы отопления

При производстве расчетов мощности систем отопления частного... 

Отопление каркасного дома

Владельцы частных домов и квартир постоянно уделяют особое...