Невидимый солнечный коллектор
Выбираете энергоэффективные решения?
Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE
Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)
Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)
Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)
Энергоэффективные дома, «зелёные» технологии, альтернативная энергия — эти выражения всё активнее входят в нашу жизнь. Сегодня никто не удивляется, увидев на крыше загородного дома солнечные батареи или ветрогенератор – на участке. Пока, из-за высокой цены и особенностей климата, подобные технологии не получили широкого распространения в нашей стране. Тем не немее, думаем, что пользователям нашего портала будет интересно изобретение испанских инженеров, которые разработали «невидимый» солнечный коллектор.
Многие из людей, даже проживая в жарком климате и имея средства на покупку солнечных батарей или гелиоколлектора, не приобретают «зелёные» устройства. По их мнению, они портят внешний вид дома. Особенно если разместить такие устройства на крыше. Испанцы предложили выход, объединив солнечный коллектор и считающуюся элитной сланцевую кровлю в устройство 2в1 и назвали его «термосланцем».
Сам гелиоколлектор представляет собой плоские металлические блоки толщиной в 3.5 см, по которым циркулирует вода. С внешней стороны блок облицован натуральным сланцем.
После монтажа системы крыша ничем не отличается от крыш обычных домов.
На торцах гелиоколлектора находятся по 2 вывода для воды. Соединяя панели друг с другом, «термосланец» объединяется в единый солнечный коллектор, а затем подключается к системе водоснабжения коттеджа. Панели монтируются на скрытый крепёж, что минимизирует возможность протечек и не портит внешний вид крыши.
Всего выпускается четыре типоразмера панелей: 32х22, 35х22, 40х22 и 50х25 см. Также систему можно совмещать с обычной сланцевой кровлей (или искусственным покрытием под сланец), причём, определить визуально, где находится гелиоколлектор, а где смонтирована обычная кровля, невозможно.
Монтаж системы также не вызывает особых сложностей — главное чётко придерживаться инструкции и заранее рассчитать необходимое количество панелей.
Испытания показали, что в жаркий день кровля из «термосланца» площадью примерно в 8 кв. м на 80% обеспечивает потребности в горячей воде семьи из четырёх-пяти человек. Вес панелей (без воды) составляет 20 кг на 1 кв. метр.
За счёт большой массы всей системы (только 1 кв. м обычной сланцевой кровли может весить около 20-25 кг) гелиоколлектор работает, как теплоаккумулятор, не давая остыть нагретой воде в пасмурные дни.
В случае необходимости панели можно демонтировать или установить на другую крышу.
Испанцы признают, что использование панелей экономически оправдано только в странах с жарким климатом, поэтому они работают над дальнейшими усовершенствованиями системы, направленными на удешевление всей конструкции и повышения её КПД.
На FORUMHOUSE есть тема, где можно узнать все подробности строительства энергоэффективного дома. Также советуем совершить видеотур по энергопассивному дому и посмотреть сюжет, где показывается, как работает гелиоколлектор и воздушный насос.
Солнечные водонагреватели и их цены на популярные модели
Солнечный водонагреватель представляет собой систему подогрева воды с помощью солнечной энергии. Этот вид коллектора является теплообменником, который преобразует солнечную энергию в тепловую. Такой способ аккумуляции энергии позволяет получать горячую воду с минимальными затратами финансовых средств.
Если рассматривать устройство этого оборудования, то главной его частью является непосредственно коллектор. Эта часть водонагревателя представляет собой своеобразный радиатор, который состоит из системы тонких трубочек. По ним происходит циркуляция теплоносителя, в данном случае воды, и поглощение солнечной энергии.
Также выделяют резервуар, в котором находится вода. Это своеобразное хранилище выполняет функцию расширительного бачка, а при некоторых вариантах исполнения еще и роль теплообменника.
Стандартный вариант функционирования водонагревателя:
Это классическая и упрощенная схема работы, которая может быть усложнена в зависимости от разновидности нагревателя.
Типы солнечных водонагревателей и их характеристики
Выделяют несколько принципиальных классификаций:
По типу циркуляции
Солнечный коллектор с принудительной циркуляцией
В случае солнечного водонагревателя при естественной циркуляции коллектор размещают на скате крыши и тут же устанавливают резервуар. Если последний имеет большой объем, то такая нагрузка для кровли может стать критической. Решением будет размещение резервуара в подвальной части здания, тогда в этом случае применяют принудительную циркуляцию специальными насосами.
При таком способе циркуляции в качестве теплоносителя можно использовать масла. Способности к естественной циркуляции у них практически нет, но с функцией теплоносителя справляются отлично.
По типу коллектора
Панельный тип водонагревателя
Такая конструкция практически полностью исключает потерю тепла, при этом водный теплоноситель нагревается до температуры кипения, а масляный – до 200-300 градусов, что дает возможность использовать полученное тепло для отопления здания. Закономерно, что такой коллектор дороже панельного, но полученный результат оправдает затраты.
По типу контура циркуляции
Двухконтурная система водоснабжения и отопления
Также можно выбрать один из возможных теплоносителей – вода, масло или антифриз. После коллектора теплоноситель проходит теплообменник, в котором происходит теплоотдача на второй контур. Второй используемый теплоноситель уже идет по назначению – для отопления или водоснабжения.
Для чего можно использовать?
С помощью таких водонагревателей можно решить вопрос не только о регулярном горячем водоснабжении, но и обеспечить теплом дом.
Водонагреватели помогут решить такие задачи:
Установка
Поскольку оборудование работает от солнечной энергии, то, соответственно, установка обогревателя будет проводиться на открытом воздухе. Монтаж рекомендуют проводить на крышах зданий, на балконах или других архитектурных выступах.
Экран водонагревателя должен быть направлен на юг. Установку проводят под определенным углом к горизонту, который эквивалентен географической широте местности.
Водонагреватель постоянно поглощает энергию и по понятным причинам источник энергии выключить нельзя, поэтому, в случае малого потребления воды, температура застоя может достигать до 300°С.
По этой причине не допускается использование пластиковых и стальных труб с цинковым покрытием. Оптимальными в эксплуатации станут трубопроводы, изготовленные из меди или нержавеющей стали.
Горячий контур солнечного водонагревателя должен иметь теплоизоляцию, это позволит избежать ожогов и возгораний. Следует учесть температурный режим работы оборудования при выборе теплоизоляции и крепежей.
Производители солнечных водонагревателей на корпусе своей продукции указывают точную температуру застоя.
Панели коллектора должны находиться на открытом пространстве, чтобы был открытый доступ к солнечному свету. Необходимо исключить наличие возможных преград.
Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:
Некорректная установка снизит качество работы водонагревателя, а вложенные средства не будут оправданы. Тип нагревателя также может играть роль в способе его установки. При монтаже учитывают тип используемого оборудования.
Различают такие системы:
Пассивная
Подразумевает само собой протекающую абсорбцию и аккумулирование энергии. Солнечная энергия попадает на объект нагрева без контроля этого процесса, т.е. отсутствуют какие-либо механизмы и контролирующие элементы. Это простая система, которая не требует особых затрат. Однако недостатки в том, что водонагреватель работает неравномерно и не на полную мощность.
Самый наглядный пример – это затемненный бак, который размещен над летним душем. В таком пассивном режиме работают одноконтурные системы, в которых применяется процесс естественной циркуляции. Для полноценной работы системы приемный бак размещают выше коллектора, но такой способ установки не всегда удобен. Решить вопрос можно с помощью другого способа работы системы.
Активная
Лишена недостатков пассивной системы. Ее функционирование основано на том, что солнечные лучи благодаря специальным устройствам переходят в тепловую энергию, которая систематически передается нагревательному баку и потребителю. Функционирование такого нагревателя достигается благодаря принудительной циркуляции, которая может поддерживаться в одно- и двухконтурных системах. Также применяют и дополнительно устанавливают двигатели, которые поворачивают панели и насосы, измерительную аппаратуру, а также устройства контроля и управления работой системы.
Обзор солнечных водонагревателей на рынке: производители и модели
Широкое применение на практике таких водонагревателей наблюдается во многих европейских странах: Израиле, Турции, Саудовской Аравии, Китае и др. Поскольку распространение данного вида продукции активно возрастает, то соответственно увеличивается и количество компаний, которые занимаются изготовлением солнечных водонагревателей и предоставляют услуги по их монтажу и обслуживанию.
Ниже приведен список топ производителей, которые вышли на мировой рынок:
Приобретая продукцию производителей с мировым именем, можно быть уверенными в качестве товара и гарантиях, которые даются на само оборудование и его дальнейшее обслуживание. Цена, соответственно, будет также на уровне.
В любом случае, при выборе солнечного водонагревателя необходимо обращать внимание на такие технические параметры:
Обзор цен
Обзор ценКроме мирового имени на стоимость нагревателя могут влиять:
Немецкие производители в комплект включают оригинальные крепежи, которые зачастую изготовлены из нержавейки или алюминия, а это также оказывает влияние на цену. В конечную стоимость войдет оплата за проведение монтажных работ, покупка необходимых расходных и вспомогательных материалов.
Отзывы пользователей
Все, кто решился на приобретение солнечного водонагревателя и в конечном итоге пришли к выводу, что альтернативные источники энергии – это отличный вариант экономии и остаются довольны полученным результатом.
В начале придется вложить определенную сумму на реализацию всего проекта, но в дальнейшем это позволит экономить бюджет и не зависеть от различных мировых энергетических кризисов и очередных подорожаний энергоносителей. Как показывает статистика, окупаемость вложенных средств пройдет в течении последующего года активной эксплуатации установки круглый год. Особенно это будет заметно, если работа оборудования будет направлена на обеспечение горячей водой и отоплением целого здания.
Залогом положительного результата также остается профессиональная установка и наладка приобретенного оборудования. Поэтому, чтобы избежать различных неприятных ситуаций, лучше обращаться за помощью к специалистам по данному вопросу.
Солнечный водонагреватель для частного дома — устройство и принцип работы гелиоколлекторов
Гелиосистемы устанавливаются в частных домах, коттеджах, бассейнах, хостелах и других зданиях для обеспечения ГВС. Солнечные водонагреватели для частного дома способны обеспечить большим количеством горячей воды. Одна гелиоустановка производит до 200 л нагретой воды в день. Особенно выгодным считается коммерческое применение гелиоколлекторов, при котором полная окупаемость достигается уже через 2-3 года эксплуатации.
Существует несколько видов гелиоводонагревателей, отличающихся способом аккумуляции и хранения тепла, внутренним устройством и принципом работы. Различия влияют на теплоэффективность и технические характеристики оборудования.
Виды солнечных коллекторов
Гелиосистемы делятся на два класса по: принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. Первые используют встроенный бак теплоаккумулятор. Вторые подключаются к выносной накопительной емкости, устанавливаемой в непосредственной близости от коллектора или внутри здания.
При выборе гелиосистемы в первую очередь обращают внимание на тип баков аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и устройства отражаются на особенностях эксплуатации и технических характеристиках.
Коллекторы с встроенным баком
Моноблочные гелиоколлекторы предназначены для работы в сезон весна-осень. Зимой оборудование отключают, сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенным баком проще установить и обслуживать. Для использования требуется просто подключить гелиосистему к системе горячего водоснабжения или точке водоразбора.
Нагрев воды гелиоколлекторов со встроенным баком теплоаккумулятором происходит следующим образом:
В некоторых теплоаккумулирующих ёмкостях предусмотрен встроенный ТЭН, необходимый в случаях, если солнечный коллектор не смог обеспечить необходимым количеством горячей воды. Недогрев возможен в случае пасмурной или холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях может нагреть объем воды до 200 л. в день.
Коллекторы с встроенным баком в основном работают без давления, c применением естественной циркуляции жидкости. Термосифонные гелиосистемы устанавливают в высшей точке ГВС, чтобы обеспечить необходимый напор воды, при открытии крана водоснабжения. Баки выдерживают максимальное давление не более 0,2 атм. После нагрева вода самотеком стекает к точке водоразбора.
Солнечные водонагреватели с встроенным баком отличаются несколькими преимуществами:
Принцип термосифона широко используется в ГВС с солнечными коллекторами. Работа водонагревателя основывается на естественной конвекции, когда нагретая жидкость перемещается вверх, а остывшая опускается вниз. Непременное условие термосифонной схемы ГВС — резервуар для воды должен находится выше коллектора.
Гелиосистемы с выносным баком
Солнечные коллекторы, подключаемые к отдельно стоящему баку теплонакопителю, относятся к классу водонагревателей для круглогодичного использования. Нагрев воды продолжается в любое время года, при условии, что будет ярко светить солнце и температура воздуха не упадет ниже –50°С.
Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, удаленный от источника тепла. В качестве теплоносителя используется антифриз. Нагрев ГВС коллектором с выносным баком осуществляется следующим образом:
Для обеспечения нормальной работы, гелиоколлектор с выносным баком подключается к насосной группе. Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно. Процесс и интенсивность нагрева, и давление регулируются автоматикой.
Главное достоинство гелиосистем с выносной емкостью — возможность круглогодичного применения. Недостаток: необходимость в подключении дорогостоящего оборудования, необходимого для нормальной работы гелиосистемы. Водонагреватель работающий под давлением имеет еще один минус: при отключении электроэнергии насосы перестают работать, что приводит к перегреву теплоносителя и негативно сказывается на работоспособности гелиоколлектора (проблема решается установкой ИБП).
Как работает система ГВС от гелиосистемы
Солнечные водонагревательные установки способны компенсировать около 50% затрат тепла на нагрев воды. Экономия в года составляет около 300 м³ газа или 4 м³ дров. Даже несмотря на необходимость первоначальных вложений, накопительный водонагреватель, работающий от солнечных батарей крайне выгоден. При коммерческом применении окупаемость наступает спустя 2-3 года интенсивной эксплуатации, а срок службы коллекторов составляет от 30-50 лет.
Чтобы понять насколько горячее водоснабжение на солнечных коллекторах выгодно, стоит рассмотреть, несколько важных вопросов:
Хорошее понимание перечисленных моментов поможет выбрать наиболее подходящую гелиосистему в каждом конкретном случае.
Принцип нагрева воды солнцем
Существует несколько разновидностей коллекторов, отличающихся по принципу абсорбции или аккумуляции тепла. Все оборудование делится на две группы:
Принцип действия трубчатых коллекторов следующий:
По своему устройству трубчатые вакуумные коллекторы делятся еще на несколько групп: с U-образными (коаксиальными) или прямоточными трубками.
Принцип работы солнечных водогрейных коллекторов трубчатого и панельного типа основан на обычных физических законах. Ультрафиолетовое излучение проходит сквозь атмосферу земли практически не теряя тепла. При попадании на твердую поверхность солнечные лучи прогревают ее. В свою очередь нагретые предметы отдают тепло окружающей среде. Подобным образом происходит нагрев и в гелиосистеме.
Солнечные лучи попадают на абсорбирующую поверхность, которая сильно разогревается благодаря тому, что окрашена в темный цвет. Тепло, аккумулируется при помощи абсорбера и направляется в накопительный бак. Описанный принцип работы остается одинаковым для всех гелиоколлекторов, независимо от внутреннего устройства.
Виды и способы аккумулирования солнечной тепловой энергии влияют на особенности эксплуатации солнечных водогрейных систем. Трубчатые водонагреватели отличаются большей теплоотдачей, способны работать при температуре до –50°. Хотя вакуумные колбы стоят дороже, их теплотехнические параметры: скорость и интенсивность нагрева лучше, по сравнению с панельными коллекторами.
Сколько воды может нагреть солнечный коллектор
Все зависит от нескольких факторов: способа нагрева и аккумуляции тепла, времени года, погоды. Отдельно учитывается то, какая система рециркуляции используется. Средним значением для гелиосистемы на 1 м² принято считать следующие возможности нагрева в час:
В пасмурную погоду солнечный коллектор может снизить скорость нагрева ГВС, в ясную солнечную наоборот, увеличить, поэтому в списке приводятся средние значения.
В теплую летнюю погоду, при отсутствии облачности водонагреватель всего за час подогревает около ведра воды, что достаточно для экономного душа. В течение светового дня собирается около 200 л. горячей воды с температурой около 40°, при условии, что используется коллектор, имеющий более 1,5 м² абсорбирующей площади.
Зимой потребитель столкнется с тем, что получаемого тепла будет недостаточно, чтобы произвести необходимое количество горячей воды. Проблема решается установкой накопительной емкости.
Принцип работы коллектора при низких температурах окружающей среды несколько изменяется. Если летом можно было подключить бойлер и периодически, раз в час «сбрасывать» в него горячую воду, то зимой водонагреватель будет нормально функционировать только в системе косвенного нагрева. Суть такого подключения в следующем:
Солнечный водонагреватель работает зимой на компенсацию энергоресурсов, необходимых для работы системы ГВС. Автономное горячее водоснабжение при помощи одних только гелиоколлекторов невозможно. Требуется, чтобы в системе ГВС присутствовал водонагреватель, способный удовлетворить потребности водоснабжения на 100%.
Чем заправляют гелиосистемы
Теплоноситель для коллекторов выбирают в зависимости от условий эксплуатации. Так, для всесезонных систем используют специальный антифриз, не замерзающий в зимнее время года. Летом, водогрейный контур заправляют дистиллированной водой.
В связи с выбором теплоносителя существует несколько общих рекомендаций:
Эксплуатация зимой — состав незамерзающих жидкостей для солнечных водонагревателей — это смесь пропиленгликоля с водой и добавлением антикоррозионных веществ. Пропорции подбираются в зависимости от средней температуры промерзания окружающей среды:
В готовый теплоноситель необходимо добавить щелочь NaOH. Пропиленгликоль под длительным воздействием перепадов температур превращается в кислоту. После добавления щелочи, кислотный баланс рН не должен превышать 7. В готовых антифризах все компоненты добавлены в оптимальных пропорциях.
Целесообразность использования готовых незамерзающих жидкостей (стоящих приблизительно в 3 раза больше, чем подобный состав, приготовленный в домашних условиях), ставится под сомнение. Приобретать заводские антифризы следует в тех случаях, когда сделать их самостоятельно не представляется возможным.
Готовые решения нагрева воды солнцем и их цена
Экономическое обоснование приобретения гелиосистемы зависит от нескольких критериев:
Не все гелиосистемы одинаково эффективно работают. При использовании коллекторов, сделанных из дешевых и некачественных материалов можно столкнуться с проблемами во время эксплуатации: недостаточной производительностью и быстрым выходом оборудования из строя. Чтобы не испытать разочарования, следует покупать только проверенное временем оборудование.
Ниже приводятся несколько моделей популярных солнечных водонагревателей, которые, судя по отзывам потребителей, сделаны качественно и считаются лучшим выбором в соотношении стоимость/теплоотдача:
Заявленный срок службы каждой из представленных моделей 35-50 лет. На первые 15 лет эксплуатации дается гарантия производителя. При всесезонной эксплуатации, в условиях коммерческого применения гелиосистема окупится за несколько лет. Если планируется использовать коллектор только летом, окупаемость наступит через 7-8 лет. Расчет экономической эффективности можно выполнить по следующему графику, показывающему зависимость теплоотдачи от времени года:
Расчет солнечного коллектора для нагрева воды осуществляется по коэффициенту потребления ГВС, используемому в СНиП. Для обеспечения потребности одного человека в горячей воде требуется от 2-4 кВт/час. В технической документации на приобретаемую гелиосистему указывается предполагаемая мощность конвектора, по которой можно узнать подходит ли понравившееся оборудование под конкретные условия эксплуатации.
Перед покупкой желательно изучить отзывы о солнечных коллекторах для нагрева воды. Из комментариев можно узнать о некоторых недостатках гелиосистем и их преимуществах, подобрать подходящую модель гелиоколлектора.
Как установить солнечную систему нагрева воды
Гелиосистема устанавливается на скатной кровле, специальных наклонных площадках или стенах здания. Место для водогрейной установки с солнечными коллекторами выбирается индивидуально с учетом следующих рекомендаций:
Перед монтажом и регулировкой трубчатых или панельных водонагревателей определяют оптимальный угол наклона установки. В этом отношении руководствуются следующей формулой:
Угол наклона будет меняться в зависимости от времени года. В связи с этим перед началом зимнего или летнего сезона будет необходимо заново отрегулировать гелиостанцию. Набирает популярность автоматика слежения за солнцем, самостоятельно подстраивающая угол наклона и расположение гелиопанели. В движение конструкцию приводит электромотор, подключенный к бытовой сети на 220 В.
Подключение солнечного коллектора к системе горячего водоснабжения осуществляется следующим образом:
Основные правила техники безопасности при эксплуатации гелиоустановок описаны в СниП III-4-80. Отдельные рекомендации указываются производителями оборудования:
Применение правил техники безопасности и рекомендаций по подключению гелиоколлекторов, непременное условие для ввода системы в эксплуатацию. При нарушении условий подключения стабильная работа солнечных водонагревателей не гарантируется.
