Как выбрать солнечный коллектор и схемы его подключения

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Как выбрать солнечный коллектор и схемы его подключения». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.

Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.

Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м². Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м².

Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м².

Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.

Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м², в апреле и сентябре 350 Вт/м², а в июне 600 Вт/м². Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.

Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса солнечного коллектора для отопления своими руками применяется фанера, деревянный брус, плиты ОСП или другие подобные варианты. Как альтернативу можно использовать алюминиевый или стальной профиль со вставками из аналогичных материалов, что придаст конструкции прочность и надежность. Однако такой корпус будет иметь высокую стоимость.

Материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям, которые располагаются на открытом воздухе. Поскольку в среднем период эксплуатации солнечного коллектора составляет 20-30 лет, необходимо, чтобы материалы характеризовались высокими эксплуатационными характеристиками, которые будут оставаться неизменными на протяжении всего периода службы установки.

Древесина для корпуса должна обрабатываться водно-полимерными составами и покрываться лакокрасочными эмульсиями. Стальной профиль необходимо надежно защитить от коррозии.

Сборка и установка коллектора на крышу

Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.

Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.

Производительность солнечного коллектора

Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.

Способы использования солнечной энергии

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:

• кран или подъемник;
• строительные леса;
• кровельная лестница;
• страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
• строительный уровень;
• вакуумный захват;
• изоляционный материал для труб.

От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.

Обзор 5 популярных моделей и цены на комплекты

Наиболее популярны плоские коллекторы. Причина этого кроется в относительно низких ценах, хотя и такие системы обходятся в немалые суммы. Рассмотрим некоторые варианты.

Как установить вакуумный солнечный водяной коллектор на стене или наклонной крыше дома

Прежде всего важно правильно выбрать место размещения. Оно должно располагаться на южной стороне здания. Перед ним не допускает наличие деревьев или других закрывающих обзор предметов, построек. Трубчатый агрегат монтируется на опорную поверхность в специальной раме. Зачастую она может менять угол наклона, что позволяет более эффективно улавливать излучение. Если речь идёт о моноблоке с встроенным баком, стену или крышу необходимо дополнительно укрепить, так как вес всей конструкции может достигать нескольких сотен килограмм.

Отдельно стоящий водонагреватель может быть размещён в любом месте дома, обычно в непосредственной близости от котла. Это необходимо для того, чтобы обустроить внутри ёмкости второй контур от него. Таким образом, бойлер сможет подпитываться от двух источников. При необходимости обеспечения принудительной циркуляции в систему врезается насос. Он монтируется на обратной линии, по которой идёт остывшая вода.

Немаловажную роль в организации гелиокомплекса занимают устройства безопасности. В первую очередь его важно защитить от скачков давления. Для этого схема вакуумного солнечного коллектора для нагрева воды дополняется узлом, состоящим из предохранительного и подпиточного клапанов. Первый спускает в канализацию теплоноситель в случае чрезмерного расширения при нагреве. Второй открывает канал для вброса недостающей порции из системы ХВС. Для защиты селективной поверхности от перегрева в систему интегрируется автоматика. При достижении граничной температуры она приводит в действие специальные шторки, закрывающие абсорбирующий элемент оборудования.

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.

Чаще всего углом наклона коллектора будет наклон ската крыши. Для того, чтобы эффективность работы водонагревателя приблизить к максимальной, лучше придерживаться рекомендаций и использовать специальный стеллаж, на который будет крепиться коллектор.

Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:

• направление на юг;
• правильный угол наклона;
• беспрепятственный доступ к солнечному свету;

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.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Выводы и полезное видео по теме

Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:

Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.

Тем не менее, самодельная солнечная система отопления существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается традиционными источниками.

Имеете опыт в сооружении солнечного коллектора? Или остались вопросы по изложенному материалу? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Оставлять можно в форме, расположенной ниже.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.

Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м². Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м².

Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м².

Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.

Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м², в апреле и сентябре 350 Вт/м², а в июне 600 Вт/м². Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.

Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.

Солнечный коллектор работает с максимальным КПД при маленьких значениях редуцированной температуры _dT, в режиме с минимально необходимой температурой теплоносителя.

Причем, при малых значениях редуцированной температуры КПД у разных конструкций плоских коллекторов практически одинаков.

Плоский солнечный коллектор, который характеризуется графиком КПД с меньшим углом наклона к горизонту (линия I на рисунке), обеспечит нагрев воды при невысокой плотности лучистой энергии и довольно низкой температуре наружного воздуха — весной, осенью.

Плоский коллектор в летнее время, в условиях интенсивного солнечного излучения, имеет более высокий КПД, чем трубчатый. Для систем ГВС, работающих только в теплый сезон выгодно использовать плоские солнечные коллекторы. К тому же, плоский коллектор значительно дешевле трубчатого.

В условиях малой интенсивности солнечного излучения КПД трубчатого коллектора выше, чем плоского. Установка трубчатого коллектора может быть выгодна только для круглогодичного подогрева воды в системах отопления и ГВС, а также в северных широтах. Учитывая высокую стоимость трубчатого коллектора, его установка окупается далеко не всегда.

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.

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:

• солнечные лучи улавливаются абсорбером;
• полученная энергия передается в змеевик, расположенный в встроенном баке теплоаккумуляторе;
• происходит передача тепла, от нагретого теплоносителя воде, используемой для бытовых нужд.

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:

• абсорбер аккумулирует тепло и передает его жидкостному теплоносителю;
• под давлением, нагретый антифриз поступает в теплообменник бака накопителя;
• при прохождении через змеевик бака, теплоноситель нагревает воду.

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:

• как работает гелиосистема;
• сколько воды сможет нагреть гелиоколлектор в течение дня.

Хорошее понимание перечисленных моментов поможет выбрать наиболее подходящую гелиосистему в каждом конкретном случае.

Существует несколько разновидностей коллекторов, отличающихся по принципу абсорбции или аккумуляции тепла. Все оборудование делится на две группы:

• Трубчатые вакуумные коллекторы — аккумуляция тепла осуществляется благодаря особым колбам. В процессе производства из стеклянных трубок выкачивают воздух, что приводит к созданию вакуума, играющего роль своеобразного теплоизолятора. Внутри колба покрыта высокоселективным слоем. Там же находится алюминиевая или медная пластина, контактирующая с трубками теплообменника, которые для солнечного водонагревателя изготавливаются из меди.

Принцип действия трубчатых коллекторов следующий:

1. в трубках, благодаря высокоселективному покрытию и внутреннему устройству (напоминает колбу термоса) воздух нагревается до 280-300°С;
2. тепло передается через пластину к циркулирующей жидкости;
3. теплоноситель поступает в отдельно стоящий или моноблочный накопительный бак, происходит нагрев воды.

По своему устройству трубчатые вакуумные коллекторы делятся еще на несколько групп: с U-образными (коаксиальными) или прямоточными трубками.

Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна

Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.

Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.

Одна из самых сложных задач при монтаже коллектора — соединить его с внутренней сантехникой. Трубопровод должен не только быть устойчивым к перепадам температур, но также иметь качественное утепление. Самым оптимальным вариантом для этих целей считаются трубы PEX с системой надвижных фитингов, которые применяются в системах горячего водоснабжения.

Наиболее интересная техническая задача при монтаже солнечного коллектора — взаимосвязать его с прочими сантехническими системами и обеспечить корректную работу, решив при этом ряд детских болезней гелиоустановки. Наиболее просто выполняется подключение при внешнем расположении аккумулятора: к его нижнему патрубку подводится холодная вода, от верхнего ведётся забор горячей, перемещение жидкости выполняется под рабочим давлением водопроводной системы.

Подключение внутреннего аккумулятора к манифольду коллектора выполняется двумя параллельными трубками, при этом в разрыв холодной устанавливается циркуляционный насос с мокрым ротором и специальной гидравлической схемой для гелиосистем. Паспортом насоса должна быть предусмотрена возможность работы в системах с пропиленгликолем.

Нередко в качестве альтернативы солнечному коллектору рассматриваются плоские солнечные панели (солнечные батареи), которые также обычно устанавливаются на крыше частного дома. Каждое из этих устройств преобразования энергии солнца имеет свои преимущества и недостатки, а принцип их работы в корне различен. Коллектор просто нагревает теплоноситель внутри замкнутого контура из труб за счёт непосредственного нагрева своей поверхности. В дальнейшем можно использовать только тепловую энергию нагретой жидкости, что ограничивает сферу применения данной системы.

Солнечные панели устроены более сложно, они состоят из кремниевых пластин, которые специальным образом преобразуют световой поток, идущий от солнца, в электрическую энергию. Эта энергия запасается в аккумуляторных батареях и может быть использована для широкого спектра потребностей. На первый взгляд, использование солнечных батарей более оправдано, но на практике, для целей нагрева воды, применение коллекторов показывает в среднем в 6-8 раз большую эффективность.

Во-первых, солнечные панели в связи со сложностью изготовления обходятся вдвое дороже. КПД батарей в 4 раза ниже, поэтому для получения одинакового количества тепла, площадь панелей должна быть в 4 раза большей, в сравнении с площадью коллекторов. Эти два фактора делают кремниевые батареи достаточно редким решением. Если учитывать относительно низкую интенсивность поступления солнечного света на большей части территории Украины, площади крыши частного дома может оказаться просто недостаточно даже для обеспечения минимальных нужд системы горячего водоснабжения (ГВС).

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Как уже было сказано ранее, коллектор нагревает теплоноситель за счёт солнечной энергии, а выполняет функции накопления и передачи тепла на контур потребителя. Для полноценного функционирования данной системы требуется ещё несколько важных элементов, от которых зависит стабильность её работы, а также лёгкость управления и автоматизация регулировки.

За автоматизацию движения теплоносителя внутри гидравлического контура отвечает специальный контроллер. На него поступают сигналы с температурных датчиков в различных точках трубопровода и на основе этих показателей контроллер регулирует активность элементов насосной группы. Когда контроллер фиксирует достаточную разницу температур между водой в бойлере и теплоносителем на коллекторе, он посылает сигнал включения насоса. Жидкость в системе приводится в движение, в результате чего она через трубчатый теплообменник начинает активно отдавать тепло в бак.

В таких замкнутых системах неизбежно возникают ситуации с перегревом теплоносителя, так как коллектор настроен на максимальное поглощение тепловой энергии, а в жаркие летние дни её может поступать с большим избытком. Для предотвращения аварийных ситуаций, контур обязательно снабжается расширительным баком, в котором присутствует клапан для сброса пара при превышении максимального показателя давления.

С точки зрения эффективности и долговечности работы коллекторной системы нагрева воды определяющую роль играет качество бойлера косвенного нагрева. В связи с тем, что контур постоянно работает в жидкостной среде, в которой происходят регулярные температурные колебания, к материалам всех элементов системы предъявляются строгие требования. В случае с организацией контура горячего водоснабжения, внутренний трубчатый теплообменник должен в обязательном порядке соответствовать самым строгим санитарным нормам.

Ответ на вопрос о скорости окупаемости такой системы напрямую связан с ценами на энергоносители и во многом зависит от стоимости всех её элементов. Среднее количество горячей воды, которое потребляет один житель частного дома составляет 50-60 л в день. В месяц это составит примерно 1,5-2,0 м³ жидкости. Для нагрева такого объёма воды из скважины со средней температурой 10°С до необходимых 50°С потребуется затратить около 90 кВт энергии. Если пересчитать данный показатель на семью, допустим, из 4-х человек, то выйдет 360 кВт в месяц.

Стоимость оборудования такой производительности с установкой на сегодняшний день составляет в среднем 2,500 долларов или около 72 000 грн. Максимальная отдача от системы может составить до 2600 кВт*ч. По текущему дневному тарифу за электроэнергию 90 коп./кВт*ч годовая экономия будет на уровне 2 340 грн. Для подсчёта количества лет окупаемости системы остаётся разделить её стоимость на годовую выгоду от эксплуатации: 72000 / 2340 = 30,8. Данная цифра справедлива для наиболее оптимальных условий работы комплекса и не учитывает затраты на расходники и периодическое техобслуживание системы.

Как видно из приведённых выше цифр, сложно говорить о высокой экономической оправданности внедрения данного вида систем. Однако, у такого решения есть другие очевидные плюсы — это высокая степень автономности горячего водоснабжения. Минимальная зависимость от изменения стоимости энергоносителей, а также возможность получить частичную компенсацию стоимости установки оборудования в некоторых регионах Украины.

Кроме того, следует учитывать, что более мощные системы обходятся лишь немногим дороже и с экономической точки зрения гораздо выгоднее устанавливать коллекторы с большей производительностью. В частном доме они смогут обеспечивать не только нужды ГВС, но и частично потребности системы отопления в межсезонье. А на промышленных объектах с большим количеством потребляемой горячей воды в тёплое время года, высокопроизводительная коллекторная система окупиться в несколько раз быстрее.

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.

Похожие записи:

• Входит ли учеба в институте в стаж при начислении пенсии?
• Когда неуплата налогов грозит тюрьмой
• Детские пособия — 2022: какие выплаты существуют