Солнечные коллекторы для отопления дома как альтернативный источник энергии

Солнечные коллекторы как альтернативное отопление дома

Практика показывает, что использование солнечной энергии более эффективно на нужды горячего водоснабжения, чем на выработку электрической энергии или отопление, по крайней мере, на сегодняшний день. Интерес к солнечным коллекторам все больше растет, а вместе с ним растет и количество противоречивых мнений по поводу использования гелиосистем в наших широтах. Было бы неправильно не уделить внимание этому виду альтернативного отопления и не попробовать разобраться с принципом работы коллекторов, классификацией, их эффективностью, стоимостью и т.д.

Принцип работы солнечных коллекторов (СК)

Различают несколько видов солнечных коллекторов:

В зависимости от вида коллектора процесс преобразования солнечной энергии в тепловую имеет свои особенности. Однако в любом случае солнечное излучение нагревает теплоноситель (воду, антифриз), протекающий в трубках. Далее уже нагретый теплоноситель попадает в остальные элементы системы и продолжает циркулировать. В плоских коллекторах для преобразования солнечной энергии в тепловую используется абсорбер – металлические пластины (медные и алюминиевые), посредством которых передается тепло теплоносителю. Вакуумные же представляют собой две трубки вложенные друг в друга, пространство между ними заполнено вакуумом, что позволяет снизить теплопотери. Внутри находится медная трубка, по которой перемещается испаряющаяся жидкость. Тепло от стенок трубки к медной трубке передается посредством алюминиевого экрана. Затем тепло от вакуумных трубок передается в теплосборник. В воздушных коллекторах в качестве теплоносителя используется воздух, однако этот вид достаточно редкий и не встречается в наших странах.

Различия между плоскими и вакуумными коллекторами

Сравнительный анализ показывает, что вакуумные коллекторы имеют больше преимуществ по сравнению с плоскими, при этом считается, что они и более дорогие. Более низкие теплопотери, простота замены трубок и возможность использования при значительно низких температурах делают более привлекательным именно вакуумные коллекторы. Считается, что они имеют большую светопоглащающую площадь, следовательно, должны быть более эффективными. Часто встречается в сети информация, что и КПД вакуумных коллекторов выше, чем у плоских. Однако если взглянуть более предвзято, то оказывается, что из-за расположения трубок и более высокого показателя отражения солнечного излучения увеличивается оптическая составляющая потерь. Почитать об этом можно здесь: http://energobelarus.by/articles/alternativnaya_energetika/dorogoy_kollektor_dlya_besplatnoy_energii/. Это, в свою очередь, позволяет утверждать, что при положительной температуре наружного воздуха и необходимости подогрева воды до 40-60 ºС вакуумные СК не эффективней тех же плоских коллекторов. А эффективность их возрастает при необходимости нагреть теплоноситель значительно выше температуры окружающей среды. Первоначальный монтаж в том и другом случае не должен доставлять трудностей. Еще одним важным показателем является механическая прочность, которую оценивают по устойчивости к граду. Вакуумные СК с одинарным стеклом повышенной толщины способны выдерживать град до 35 мм, чего не скажешь о вакуумных СК с обычным стеклом. Неприятность может доставить также выпавший снег, сохраняясь между трубками СК и подтаяв, он может нарушить целостность трубок. В плоских СК применяется обычное оконное силикатное стекло, которое способно выдерживать крупный град, а также более дорогое стекло “без блеклости”, позволяющее исключить возможность отражения солнечных лучей при угле наклона ниже 30 градусов. Срок службы таких коллекторов составляет 20 лет, вакуумных – 10 лет.

Цена солнечных коллекторов

Цена самого коллектора составляет 50-70% стоимости всей системы. Вакуумные коллекторы на 10 трубок в Беларуси можно встретить стоимостью порядка 5 – 6 млн. руб. и выше, т.е. где-то 510 – 610$. Встречались предложения за коллектор 20 трубок – 7,1 млн. руб. (725$). Площадь абсорбции такого СК составит порядка 2,7 м². Цена плоских коллекторов (2,6 м² Польского производства) составляет порядка 400 евро. Это не самый дешевый, но и не самый дорогой вариант. При этом не учитываем стоимость остальных элементов сети. Т.е. большой разницы не видно. Но опять-таки цена зависит от многих факторов: производителя, типа нагревательного элемента, стекла и т.д. При равных условиях СК немецкого производства будет приблизительно на 200 евро стоить дороже. Или, например, вакуумный СК с элементом из алюминиевого сплава будет дороже своего аналога с плоским тепловым элементом, т.к. является более эффективным. Соответственно коллекторы с более прочным стеклом будут также дороже коллекторов с обычными стеклами. Т.е. это такой беглый просмотр цены, да и не мешало бы сначала определиться, сколько понадобиться трубчатых или плоских панелей для дома или другого объекта. Расчет солнечного коллектора заслуживает отдельной статьи. Производительность сильно зависит от региона, в среднем можно считать, что 1 м² нагреет 10 литров воды в час. Срок окупаемости гелиосистем на базе СК зависит от варианта исполнения и составляет порядка 15 лет. Производители заявляют гораздо меньший срок окупаемости.

Гелиосистемы на базе солнечных коллекторов

Гелиосистема на солнечных коллекторах для ГВС имеет более простую структуру. Когда возникает задача отопления дома, то это значительно усложняет гелиосистему. Для отопления дома солнечные коллекторы применяют параллельно с системами, выполненными на базе котлов или тепловых насосов. Пример такой гелиосистемы приведен на рисунке.

На закуску видео реально действующей гелиосистемы на базе вакуумных коллекторов.

Альтернативные источники энергии в частном доме: солнечные коллекторы, плюсы и минусы

Продолжаем рассуждать о целесообразности использования альтернативных источников энергии в частных домах. В прошлый раз мы говорили об установке ветрогенераторов в неэлектрифицированных коттеджах. Сегодня рассмотрим солнечные коллекторы, используемые для отопления и нагрева воды в условиях отсутствия газа.

— бак-теплоаккумулятор на 30-35 м3, который установлен в центре дома.

В течение года тепло накапливается в баке-аккумуляторе, а потом зимой расходуется по необходимости. Для наших условий такой проект будет неоправданно дорог.

– Самая большая проблема – перегрев. На солнце без съема тепла солнечный коллектор может нагреться до 300 градусов. В этом случае система выходит из строя и требуется обслуживание (не является гарантийным случаем).

Обычно перегрев происходит из-за несоответствия реального разбора горячей воды и установленной мощности коллекторов. Солнце нельзя отключить, а выходные дни в эксплуатирующих коллекторы организациях никто не отменял. Чтобы избежать такого, рекомендуется устанавливать бак-теплоаккумулятор на 30-50% большего объема, чем суточная производительность солнечных коллекторов, или проработать варианты дополнительного съема тепла. Например, идеально подходит нагрев воды в бассейне. На крайний случай можно организовать сброс горячей воды в канализацию при перегреве бака, но это не очень экономично.

Также рекомендуется устанавливать источник бесперебойного питания для насосной станции и контроллера системы на случай отключения электроэнергии, так как даже кратковременное отключение электроснабжения системы в летнее время может вызвать перегрев со всеми вытекающими (иногда и в прямом смысле тоже).

Еще одна причина перегрева – неудачное изменение настроек. В случае если контроллер не закрыт паролем, есть возможность зайти в настройки и поменять параметры. Не всегда любопытство заканчивалось без потерь, а один неудачно измененный параметр приводил к остановке системы.

– Окупаемость системы зависит от того, какой источник тепловой энергии вы заменяете. Наилучшую окупаемость дает замена электрических водонагревателей (обычно в районе 2-3 лет). Газ пока у нас недорогой, поэтому тут окупаемость будет в районе 4-5 лет.

Посчитать окупаемость просто. Нужно посмотреть по счетчику (внутреннему или дополнительно установленному) количество выработанной тепловой энергии и посчитать стоимость доступного теплоносителя, при использовании которого было бы выработано такое же количества тепла. И сравнить это со стоимостью системы с учетом эксплуатационных затрат и оборудования в обоих случаях.

Если вы заметили ошибку в тексте новости, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Альтернативная энергетика. Солнечные коллекторы.

Всем доброго времени суток решил рассказать вам о такой штуке как солнечные коллекторы, их принцип работы и устройства, но сначала предисловие.

Я являюсь учеником второго курса по специальности «Промышленная теплоэнергетика», как и любому современному энергетику нам требуются знания принципов работы и устройства альтернативных источников энергии. Данный пост был написан в целях просвещения, да и просто интересно попробовать себя в написании подобного материала. Может после моего поста на дачу себе прикрутите, ну ладно, перейдем все таки к делу.

Солнечный коллектор(далее С.К) — устройство для сбора тепловой энергии солнца с последующей передачей теплоносителю т.е главная цель разогреть теплоноситель до нужной температуры для применения в бытовых нуждах (отопление, горячая вода). «Халява!» скажете вы, а вот и посмотрим, так ли все радужно.

Существует два типа:

Вакуумный, он же трубчатый.

А сейчас подробно о каждом типе по порядку.

1) Плоские С.К состоят из стеклянного или пластикового покрытия (одинарного, двойного, тройного), тепловоспринимающей панели, окрашенной со стороны, обращенной к солнцу, в черный цвет, изоляции на обратной стороне и корпуса (металлического, пластикового, стеклянного, деревянного). Каждый вид материала влияет на КПД . С.К пронизывают трубки в которых циркулирует теплоноситель, нагревающийся от солнечного излучения. Плоский коллектор способен нагреть теплоноситель до 200 °C.

2) Вакуумные С.К представляют собой двухслойные трубки в межслойном пространстве которых вакуум, что позволяет уменьшить тепло потери. Внешний слой трубки прозрачный, а внутренний нанесено улавливающий световое излучение покрытие. Подобный тип С.К способен нагреть теплоноситель до 300 °C.

А вот теперь СТОП! Я решил разбить эту тему на несколько частей с целью не нагородить много ошибок. Это мой первый пост на пикабу и очень интересно послушать адекватную критику. Что стоит добавить ,что лучше исправить и тд. Особенно интересно послушать людей компетентных в этой теме.

Всем хорошего и солнечного дня !

Отопление дома в зимнее время солнечными коллекторами

С удорожанием природных ресурсов, используемых на освещение и обогрев дома, всё чаще приходится искать им замену – появляются альтернативные источники. Одним из таких вариантов для отопления домов стали солнечные коллекторы.

Их работа основана на поглощении излучения солнца и переработки её в тепло. Использование их летом в ясную погоду понятно. А как работает солнечный коллектор зимой, давайте попробуем разобраться вместе.

Разновидности коллекторов

Особой популярностью пользуются два вида батарей: плоские пластинчатые и вакуумные.

Плоский пластинчатый коллектор

Устройство состоит из пластины (абсорбера), которая улавливает излучение, прозрачного покрытия, пропускающего свет, и теплоизоляционного слоя. Лицевая часть пластины покрывается черной краской, потому что тёмный цвет лучше притягивает лучи солнца. Это может быть также специальное покрытие – например, оксид титана или чёрный никель. Самые производительные абсорберы изготавливают медными.

Прозрачное покрытие делают из поликарбоната, гладкого или рифлёного, либо из укреплённого стекла, у которого содержание металла очень низкое.

Теплоизоляция состоит из трубок, изготовленных из меди или сшитого полиэтилена. По ним разносится теплоноситель. Внутри панели создаётся вакуум, чтобы не было потерь тепла. Если не отбирать тепло, то воду накапливателя можно нагреть до температуры 190–210 градусов.

Вакуумные коллекторы

Трубка этого устройства, по которой течёт теплоноситель, является абсорбером. Она помещается в вакуумный сосуд из прозрачного закалённого стекла.

Такая модель дороже пластинчатого прибора, но она более продуктивна. Здесь можно нагреть воду уже до 250–300 градусов.

Применение коллекторов

Несмотря на высокую стоимость, применение гелиосистем очень популярно как в промышленности, так и в быту.

Владельцы гелиосистем используют солнечные коллекторы не только для отопления домов. Они плодотворно работают для нагрева воды в душе, подогревания бассейнов.

Для производственных целей использование этих устройств более распространено. С их помощью отапливают гостиницы и рестораны. Парогенераторы, работающие на принципе солнечных батарей, приводят в движение разные агрегаты. Опреснители воды тоже делают на основе гелиосистем.

Производительность работы гелиосистем зимой

Использование экосистем летом ни у кого не вызывает сомнений. А вот как работают солнечные батареи зимой, остаётся больным вопросом у пользователей.

Можно с уверенностью сказать, что солнечные коллекторы зимой работают. Разумеется, эффективность их снижается, и требуется дополнительный источник обогрева. Ведь зимой солнце тоже ясно светит, а в пасмурные дни абсорбер собирает отражённый солнечный свет, проходящий сквозь тучи.

Производительность батареи зависит и от угла наклона её по отношению к горизонту. Его выставляют так, чтобы максимально использовать свет в течение короткого зимнего дня.

Снегопады значительно ухудшают работу коллектора, поэтому очистка его от налипания снега – главное условие эксплуатации зимой. Снег – враг для плоского устройства. Вакуумные батареи имеют свойство нагревать всю колбу и самоочищаться. Но иногда и их приходится чистить принудительно.

Преимущества и недостатки коллектора

Главное преимущество гелиосистемы – экологическая чистота.

  • При выработке тепла в солнечных батареях не образуются никакие вредные вещества. Он абсолютно безвреден как для человека, так и для природы.
  • Очень экономичная установка. Затраты на покупку и монтирование системы возвращаются в течение нескольких лет. В последующие годы батарея работает только в плюс, экономя затраты на обогрев помещения и нагрев воды.
  • Использование системы круглый год. Зимой солнце светит не так ярко, но даже сквозь тучи к нам доходит до 75% солнечного излучения, что даёт возможность использовать гелиосистему в любое время года. Несмотря на то что в зимнее время эффективность работы снижается, установка вырабатывает до 50% необходимой энергии.

Единственным недостатком коллектора является его высокая стоимость. Не каждый может позволить себе такую роскошь.

Заключение

Солнечные батареи работают не от прямых солнечных лучей, а от самого света. Даже когда на панели лежит снег, она продолжает работать и вырабатывать энергию, пусть и в меньших количествах. А в солнечные морозные дни воду можно нагреть до кипения.

Прежде чем установить у себя гелиосистему, внимательно изучите особенности погоды в вашей местности, правильно установите угол наклона, и солнечный коллектор не подведёт ни летом, ни зимой.

Ссылка на основную публикацию