Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления
Мы все сталкиваемся с постоянно растущими ценами на отопление и горячее водоснабжение, что заставляет нас искать способы экономии. Одним из этих способов является использование солнечной энергии, которая может не только сократить ваш расход на электроэнергию, но и свести его к нулю. Для этого необходимо использовать солнечные коллекторы – источник бесплатной и экологически чистой энергии.
Гелиосистемы, также называемые солнечными коллекторами, служат для накопления солнечной энергии для нагрева воды. Эта установка позволяет получать дополнительное отопление в весенний и летний периоды и, как следствие, бесплатную горячую воду и тепло для их обладателей. Выбор солнечных коллекторов – это экономически эффективное и экологически чистое решение в сфере энергетики.
Устройство и принцип работы солнечных коллекторов
Миниатюрная теплица – вот что представляет собой простейший солнечный коллектор. Он состоит из металлических пластин черного цвета, заключенных в стеклянный или пластиковый корпус и устанавливается на крыши зданий. Солнечный коллектор эффективно накапливает солнечную энергию и перенаправляет ее на трубы, скрытые под пластиной, в которых циркулирует вода. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его производительность.
Хотя принцип работы для всех видов солнечных коллекторов одинаковый, их конструкция во многом отличается, зависящая от типа коллектора и области применения.
Неиспользованная вода из резервуара опускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и затем возвращается в резервуар. Таким образом, вода в накопительной емкости всегда остается горячей, а ее температура в ясные солнечные дни может достигать 70 °C.
Бытовые коллекторы для нагрева воды и отопления: типы и характеристики
Хотя принцип работы коллектора для нагрева воды или отопления на солнечной энергии легко описать, на деле системы гораздо более сложны. Существует несколько типов бытовых солнечных коллекторов, имеющих свои особенности конструкции.
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.
Возможности солнечных воздушных коллекторов
В настоящее время солнечные воздушные коллекторы становятся все более популярными при использовании в качестве источника тепла. Они просты в эксплуатации и применяются для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Конструктивно представляют собой простые плоские устройства с поглотителем. Воздух подается в коллектор и проходит через поглотитель благодаря вентилятору или естественной конвекции.
Некоторые эксперты указывают на недостаток использования вентиляторов, который заключается в дополнительных затратах энергии. Однако, существуют модели с оптимизированным расходом энергии, что делает их экономически эффективными и энергосберегающими.
Стойкость солнечных коллекторов является важным аспектом выбора. Обычно срок службы составляет от 15 до 30 лет в зависимости от типа и производителя. Однако, дешевые азиатские модели не всегда гарантируют достаточную надежность и долговечность, поэтому лучше выбирать изделия от проверенных немецких производителей, которые могут прослужить и дольше обозначенного срока.
Как рассчитать мощность солнечного коллектора для дома
Солнечные коллекторы могут быть эффективным решением для обеспечения дома теплой водой. Однако, чтобы правильно рассчитать мощность коллектора, нужно учитывать несколько факторов - площадь поглощения, величину инсоляции и КПД коллектора.
Допустим, вы используете коллектор площадью 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Чтобы вычислить получаемую мощность коллектора за один день, необходимо умножить площадь поглощения одной трубки на величину инсоляции для вашего региона (в Московской области это примерно 1173,7), а затем умножить полученное значение на коэффициент полезного действия (КПД) солнечного коллектора. В случае описанного коллектора, мощность будет вычисляться так: 0,15 × 1173,7 × 0,67 = 117,95 кВт•час/кв. м.
Если рассчитать мощность одной вакуумной трубки теплового коллектора за один день, то она составит примерно 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные летние месяцы, мощность возрастет до 0,545 кВт•час.
Важно помнить, что в среднем для использования горячей воды на одного человека в домашнем хозяйстве требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день. Эту информацию нужно учитывать при выборе и установке солнечного коллектора.
Солнечные коллекторы - новые возможности для энергоснабжения в России и во всем мире
Благодаря развитию технологий и увеличению интереса к возобновляемым источникам энергии, солнечные коллекторы набирают популярность во всем мире. Начиная с 1970-х годов, когда многие страны столкнулись с нефтяным кризисом, использование солнечных коллекторов стало все более распространенным. Например, в настоящее время в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы.
Общая мощность солнечных коллекторов в настоящее время превышает 200 ГВт тепловой энергии, и этот показатель продолжает уверенно расти. Например, в Германии сейчас использование данной технологии оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел. и на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. Однако в России солнечные коллекторы используются мало - только 0,2 кв. м/1000 чел.
Многие заботящиеся о будущем экологии и энергонезависимости могут задаться вопросом, разумно ли использование солнечных коллекторов в России. Несмотря на климатические особенности страны, расчеты, проведенные в Российской академии наук, говорят о том, что используя эффективные технологии в местах среднего потока солнечной энергии 100-250 Вт/кв.м, можно получать до 1000 Вт/кв.м при ясном небе в полдень. Это означает, что площадь 2 кв.м солнечных коллекторов способна ежедневно прогревать 100-литровый бак воды до 37°C и более, что существенно снижает расходы на газ и электричество.
Солнечные коллекторы могут применяться для различных целей - от отопления до нагрева воды и подогрева бассейнов, а также для обеспечения энергии теплицам. Их легко интегрировать в любую систему теплоснабжения или водоснабжения и установить на любой наиболее удобный объект. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату топлива и энергоносителей. Компании, производящие солнечные коллекторы, такие как, FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), также как и коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant предлагают надежную и качественную продукцию, постоянно улучшая свои системы и внедряя новые технологии.
Цена гелиоустановки для дома зависит от типа коллектора, сложности системы и мощности, а также от производителя. Например, относительно небольшие установки с номинальной мощностью около 2 кВт•ч для частных домов, коттеджей и дач в базовой комплектации стоят от 160 000 рублей. Более мощные системы, объединяющие несколько коллекторов общей мощностью около 6 кВт•ч и предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в зимний период, будут стоить 270 000 рублей. Стоимость монтажа и настройки прибавляется к этим ценам.
Вопрос об окупаемости коллектора часто возникает у потенциальных покупателей. Срок окупаемости напрямую зависит от режима эксплуатации. Солнечные коллекторы годятся для поддержания отопления в отопительный период лишь на 25%, а для горячего водоснабжения в летние месяцы — на 80-90%. Окупаемость соответственно зависит от ежемесячных расходов на тепло и горячую воду. В целом, срок окупаемости гелиоустановок колеблется от 2 до 8 лет. Это является доказательством экономической целесообразности и перспективности использования технологии в России.
Фото: freepik.com