Принцип работы системы
Трубчатая система, наполненная антифризом для корректной работы в зимнее время
Чтобы применение энергии солнца было максимально эффективным, можно действовать разными методами. Принцип первого основан на непосредственном прогревании коллекторных элементов лучами солнца. Накапливая тепло, устройства передают его жидкому теплоносителю, находящемуся в контурах отопления и горячего водоснабжения. Ресурс может расходоваться на реализацию обеих этих целей или только одной. Действие второго способа основано на внедрении в отопительную систему солнечных батарей, преобразующих накопленную энергию в электричество, передаваемое затем потребителю.
При использовании устройства, сделанного из змеевика, в солнечную погоду можно нагреть воду до 60-65 градусов. При этом система является автономной, теплоноситель в ней циркулирует естественным путем, домовладельцам вмешиваться в ее работу приходится нечасто. Цикл движения выглядит так: подогретая жидкость становится менее плотной, за счет чего происходит ее устремление вверх – в подготовленную емкость (например, бачок). Плотная холодная вода направляется в нижнюю область коллектора. Помимо бака, для монтажа системы требуются несколько труб. По ним подается и сливается нагретая вода и поступает в коллектор холодная. Также нужны 4 вентиля: сливной, запорный, подпитывающий, сбрасывающий давление в системе.
Водяные коллекторы в зимнее время целесообразно демонтировать, так как данный теплоноситель имеет свойство замерзать, что делает эксплуатацию бесполезной. Модели, которые предназначены для круглогодичного использования, нуждаются в регулярной очистке от пристающего снега. Последний имеет свойство отражать лучи солнца, что серьезно снижает КПД коллектора.
Советы по монтажу
Несколько рекомендаций помогут увеличить производительность коллектора отопления:
- Ящик с радиатором лучше установить не жестко, а с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Это даст возможность в течение всего сезона располагать его под прямым углом к направлению солнечных лучей. В этом случае обвязку выполняют гибкой подводкой.
- Для стравливания воздуха в нижнюю часть контура следует врезать вентили.
- Трубы с горячей водой необходимо утеплить.
- В ночное время доступ воды в бак во избежание теплопотерь следует перекрывать.
Не забудьте на вводе в аванкамеру (перед поплавковым краном) установить вентиль. При наступлении холодов его необходимо будет перекрыть, а систему – сдренировать.
Способы подключения к системе отопления
Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.
Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.
Схема подключении теплового коллектора
В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:
- Летний вариант для горячего водоснабжения
- Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения
Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.
Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.
Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке
Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.
Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.
Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно
По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.
Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй — на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.
В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.
Схема подключения солнечной батареи
Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.
При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети
С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.
Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.
Солнечный коллектор для отопления: достоинства
- Это экологически чистый и абсолютно безопасный источник энергии;
- значительно снижаются затраты не только на отопление, но и на ГВС;
- вне зависимости от экономической ситуации в стране, кризиса и скачков цен, солнце будет светить всегда;
- оплачивать солнечную энергию не нужно, если, конечно, наше государство не обложит какими-нибудь налогами счастливых обладателей гелиоустановок.
Рекомендуем: Какие бывают солнечные нагреватели воды для отопления дома?
Однако солнечное отопление частного дома имеет и некоторые недостатки, например:
- вы станете зависеть от погоды и метеоусловий в определенном регионе;
- лучше всего для снижения рисков иметь параллельную систему отопления. Но многие производители гелиоустановок сразу предусматривают такую возможность. Либо производители газовых котлов, например, в Европе проектируют свои устройства так, чтобы они могли работать вместе с солнечным отоплением. Однако даже если в действующем оборудовании у вас такой возможности и не предусмотрено, можно установить специальный контролер для согласованной работы двух схем;
- значительные финансовые вложения на начальном этапе;
- необходимость регулярного обслуживания – панели и трубки надо очищать от пыли и налипшего мусора;
- отдельные модели солнечных коллекторов для отопления дома плохо работают либо вообще не функционируют при очень низких температура. А потому перед сильными морозами теплоноситель приходится сливать. Но относится это далеко не ко всем моделям, и не ко всем видам теплоносителя.
Далее мы более подробно расскажем о наиболее популярных солнечных системах отопления частного дома.
Устройство коллекторов
Солнечные коллекторы для отопления предполагают преобразование тепловой энергии. Тепловой носитель под воздействием света нагревается и в дальнейшем отдает тепло. Эффективность тепла, получаемого от солнечных коллекторов, зависит от объема светового потока, и влияет на отопление.
Разновидности коллекторов:
- в качестве теплоносителя применяется антифриз;
- в качестве теплоносителя употребляется воздух.
Если применяется жидкостный теплоноситель, то различают плоские и трубчатые коллекторы.
Плоские коллекторы состоят из:
- абсорбер – поглощает лучи света;
- прозрачный слой;
- поверхность с изоляцией тепла.
Плоские коллекторы оснащены трубками, уложенными в виде змейки. Трубки имеют по два отверстия – входное и выходное. Возможно подключение от одного или двух патрубков.
Трубчатые коллекторы, как и плоские, содержат трубки, по которым движется теплоноситель. Трубчатые коллекторы снабжены двумя категориями трубок. Первая категория – коксиальные. Их конструкция состоит из трубки, помещенной в другую трубку. Причем концы у обеих запаяны. Между стенками получается вакуум. Вторая категория – перьевые, состоящие из одной трубки. Она содержит адсорберную перьевую планку.
Воздушные коллекторы предполагают воздушную передачу теплоты. Поток воздуха поддается регулированию с учетом температуры помещения и уровня нагрева коллектора. Воздух из коллектора имеет прямую возможность поступать в помещение либо в вентиляционную систему. Воздушные коллекторы подходят для отопления гаража или дачи. Они обычно крепятся на стену.
Выбор типа отопления
Как выбрать солнечную батарею для дома – этот вопрос интересен многим, желающим приобрести этот тип подачи тепла для жилища. Для южных областей лучше выбирать плоский вид коллектора, так как при таких условиях эффективность установки будет выше.
Воздушные коллекторы служат вспомогательным солнечным оборудованием для отопления. Они хорошо нагреваются солнцем, но при пасмурной погоде возникают проблемы. Гелиосистемы такого типа прекрасно впитывают энергию зимой, когда лучи еще отражаются от снега. Таким образом, выбрать солнечные батареи можно с учетом целей применения и климатических условий.
Солнечные системы отопления, работающие от батарей, чаще всего находят применение при взаимодействии с другими видами отопительных приборов, работающих от электричества. Солнечные панели можно совместить с электрическими аккумуляторами и получить дополнительное электричество для дачи. Хотя гелиосистемы для отопления в этом случае потребуют большую площадь дома.
Монтаж
Это оборудование можно располагать на кровле. При этом монтаж солнечных батарей на крыше требует либо ее переделку, либо замену какой-либо части на пластины нагревателей. Можно подбирать нагреватели, внешне похожие на кровельный материал. Еще из выбираемых панелей солнечных батарей можно заменить полностью небольшую крышу.
Монтаж солнечных батарей включает основные этапы:
- панель устанавливается на крышу дома;
- на какой-нибудь стене размещается контролер (для низковольтных приборов);
- установка аккумулятора;
- подсоединение инвертора (для высоковольтных приборов).
Гелиосистемы для отопления дома необходимо устанавливать с помощью специальных квалифицированных служб.
Солнечная система отопления в зимний период может быть очищена от снега специальной щеткой.
Существует много мнений насчет того, что солнечные обогреватели слишком долго окупаются и обладают низкой эффективностью. Несмотря на это появляется все больше людей, которые используют солнечные батареи для отопления дома в комплекте с другими источниками. Ведь многие стремятся сэкономить средства благодаря гелиосистемам в столь нестабильной экономической ситуации. А обогреватель на даче, работающий на солнечных батареях, снижает многие затраты.
Достоинства и недостатки солнечных коллекторов для нагрева воды
В летний период солнечные коллекторы способны полностью обеспечить дом горячей водой. В межсезонье такая альтернативная системы отопления способна уменьшить нагрузку на газовый котел, что позволит снизить потребление газа, сократив при этом финансовые затраты.
Коллектор выступает в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, благодаря чему можно снизить зависимость от газа. В летний период для получения горячей воды не понадобятся финансовые затраты.
Солнечный коллектор в летний период может обеспечить дом теплой водой
На монтаж солнечного коллектора не требуется получения разрешения. При выборе оборудования следует подробно изучить всю имеющуюся информацию и проконсультироваться со знающим продавцом. Установку системы необходимо доверить специалисту или выполнить самостоятельно при наличии определенных навыков и умений в области сантехники. Период эксплуатации системы в среднем составляет около 15 лет. В течение этого времени можно использовать бесплатное солнечное тепло для собственных нужд.
К недостаткам такой системы относятся большие финансовые затраты, которые необходимо будет понести при покупке солнечных коллекторов. Средняя стоимость одного элемента составляет 500-1000 $. Система, состоящая из двух коллекторов и собранная под ключ, обойдется в пределах 2300-3000 $.
Интенсивность солнечной энергии отличается в разный период года, поэтому солнечные коллекторы не могут использоваться как единственный источник тепла. Для работы системы понадобится накопительная емкость, покупка которой повлечет увеличение затрат на обустройство системы нагрева воды от солнца.
2 Преимущества и недостатки
Такой вид энергии имеет свои особенности, которые следует учитывать. Чтобы обустроить обогрев дома солнцем, нужно различать устройства, преобразующие солнечную энергию. В их числе:
- 1. Батареи. Они помогают вырабатываться электрическому току, который может применяться для обеспечения работы не только отопительных систем, но и другого электрического оборудования.
- 2. Коллекторы. С их помощью теплоноситель в виде жидкости нагревается. Затем их подключают непосредственно к системе отопления. Также они способны выступать в роли водонагревателя.
Многие специалисты считают, что даже при установке оборудования для отопления с помощью солнца не стоит полностью отказываться от классической системы. Наиболее подходящий вариант — это система комбинированного типа. Если солнечной энергии будет хватать, то вторая система отопления может быть приостановлена на время. Она может потребоваться зимой, когда естественного источника может быть недостаточно, однако в любом случае можно сэкономить.
В числе преимуществ применения естественной энергии можно отметить:
- безопасность и экологичность;
- снижение расходов на отопление;
- независимость от экономических реалий.
Но существует и ряд минусов. В частности, поступающее тепло зависит от региона проживания и погодных условий. Также потребуются крупные финансовые вложения для запуска систем, кроме этого, они нуждаются в регулярном обслуживании, что тоже не является бесплатным. Если был установлен жидкостный коллектор, который при низких температурах работать не может, тогда перед зимой жидкость нужно сливать.
Преимущества и недостатки использования гелиосистемы
Недостатки:
- Недостатком же является сезонность. Отопление солнцем зимой, точнее ее эффективность снижается из-за небольшой инсоляции.
- Высокая стоимость капиталовложений – это первоначальный минус, который быстро переростает в плюс. Потому что гелиосистема окупается очень быстро – на протяжении 7-8 лет.
- На гелиосистему негативно влияют перепады напряжения. Бывает, что отключают электричество, то гелиосистема закипает. Со временем, если произойдет несколько десятков подобных кипений система может выйти из строя. В таком случае нужно будет проводить сервисное обслуживание, в последствии которого будет перезаправлятьтя (меняться жидкость), для того, чтобы система снова могла работать в нормальном режиме.
Преимущества:
- Неоспоримым преимуществом такой системы является возможность экономии существенной части энергии необходимой для нагрева необходимого тела.
- При правильном расчете система должна компенсировать до 80% затрат энергии в летний период времени.
- Длительный срок эксплуатации – 30 лет и больше.
- Короткий срок окупаемости – 7-8 и меньше лет.
- В состав гелиосистемы входят элементы изготовлены со стекла и алюминия, а занчит для изготовления комплектующих не используются материалы, которые подвергаются быстрому износу.
Немного теории
В южных краях, на том же о. Кипр, где солнце по сути светит круглый год, гелиосистемы установлены на каждом доме. И в этом нет ничего удивительного. У нас же всегда считалось, что солнце не такое жаркое, а климат не такой благоприятный, чтобы позволить повсеместно устанавливать гелиосистемы. Математические же подсчёты опровергают эти доводы.
Судите сами. В зависимости от климатических условий и широты местности, среднегодовой поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте — около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 150 кг у.т./м2 в год, где у.т. — это условное топливо (здесь и далее).
Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешёвым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах.
Тенденция последних трех лет — повышение мощности установок при снижении их цены. Сегодня стоимость вакуумных солнечных систем вполне сопоставима с затратами на традиционные системы отопления.А экономия, которую они дают, существенная
Выбор солнечного коллектора и его монтаж
Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.
Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.
Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.
Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома
Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей
Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.
Сравнительные характеристики некоторых видов солнечных коллекторов
Основной характеристикой любого солнечного коллектора является его производительность. В зависимости от конструктивных особенностей и разности температур определяется КПД системы. при этом стоит учесть, что стоимость плоских коллекторов значительно ниже, чем аналогичный показатель трубчатых систем.
Выбирая солнечный коллектор, следует внимательно изучить параметры, от которых зависит эффективность солнечного водяного отопления и мощность конструкции.
Солнечные коллекторы имеют ряд достаточно важных характеристик:
- По коэффициенту адсорбции можно определить отношение общей и поглощенной энергии солнечного излучения.
- По коэффициенту эмиссии определяется отношение количества переданного тепла и поглощенной энергии.
- Соотношение общей и апертурной площади.
- Коэффициент полезного действия.
Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия
Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.
Схема принципа работы солнечного теплового коллектора
Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.
Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.
В большинстве случаев применяется смесь, состоящая из 40% гликоля и 60% дистиллированной воды. Теплоноситель, который нагревается до определенной температуры, подается к радиаторам посредством системы трубопроводов.
Направление движения воды в системе может меняться благодаря смесителю. Остывшая и теплая вода постоянно сменяют друг друга. Такая естественная циркуляция происходит благодаря расширению теплой воды, которая поднимается, вытесняя холодную в нагревательный бак.
Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую
Эта система отопления должна быть оснащена теплоизоляционным слоем толщиной не менее 25-30 см, что обеспечит ее эффективную и стабильную работу. В качестве накопительной емкости для теплоносителя лучше использовать резервуар прямоугольной формы. Здесь может быть расположен дублирующий нагревательный элемент. Он будет автоматически включаться в работу, когда создаются погодные условия, которые не способствуют нагреву теплоносителя до необходимой температуры.
Плюсы и минусы гелиосистем для отопления
В настоящее время реально можно рассматривать пока только две схемы использования энергии нашего светила:
- солнечные батареи, которые вырабатывают электрический ток. Причем кроме отопления их можно использовать для энергоснабжения любых бытовых приборов;
- солнечные коллекторы – специальные устройства, в которые нагревается теплоноситель и напрямую подается в отопительную систему. Естественно, что если в качестве последнего используется вода, то ее нагревать можно и для бытовых нужд.
У обоих вариантов есть свои особенности. Кроме того, какой бы вариант обогрева при помощи энергии солнца вы не выбрали, ни в коем случае не стоит отказываться от уже имеющегося отопления. Конечно, солнце никуда не денется, однако самое практичное решение – это все же комбинированная система. Например, когда солнечной энергии вполне достаточно для обогрева здания, другой источник тепла можно просто отключать.
Так, вы будете жить в комфортных условиях круглый год, и одновременно обезопасите себя на случай различных поломок и прочих неприятностей. Но если дом только строиться, и у вас нет желания или возможности делать сразу две системы отопления, то обогрев солнцем должен быть спроектирован так, чтобы он имел двукратный запас прочности. Только так отопление дома с помощью солнечных коллекторов вас не подведет.
Схемы солнечных коллекторов
Особенности монтажа
Помимо правильного выбора оборудования и грамотного проектирования для безупречной работы системы необходим квалифицированный монтаж. Существует много тонкостей, применение которых поможет увеличить срок эксплуатации всех элементов коллектора.
Первый нюанс касается термостатического клапана, который служит защитой от ожогов. В стандартных системах теплоснабжения этот элемент монтируют редко ввиду того, что температуру горячей воды можно регулировать на генераторе. Поэтому при проектировании гелиосистемы про клапан зачастую забывают. В регуляторе солнечной системы также можно установить ограничитель нагрева воды, но тогда эффективность оборудования будет существенно снижена. Нагретый до максимальной температуры бак обеспечит горячей водой даже в пасмурные дни.
Чтобы клапан работал правильно, его устанавливают немного дальше от водонагревателя. Близкое расположение провоцирует перегрев узла, в результате чего горячая вода перестаёт поступать в трубопровод.
Второй нюанс касается ёмкости аккумулятора ГВС. Он устанавливается в просторном месте
Это важно для беспрепятственного доступа к бачку для его обслуживания и ремонта. Нередко для бака подбирают часть помещения под лестницей или подвал. В таком случае необходимо учесть высоту потолка
Наверху водонагревателя расположен магниевый анод. Для его замены потребуется пространство над баком не менее 60 см. Если высота не позволяет производить ремонтные работы, то на этапе монтажа системы следует установить активный электрический анод
В таком случае необходимо учесть высоту потолка. Наверху водонагревателя расположен магниевый анод. Для его замены потребуется пространство над баком не менее 60 см. Если высота не позволяет производить ремонтные работы, то на этапе монтажа системы следует установить активный электрический анод.
Третий нюанс касается монтажа расширительного бачка, который компенсирует весь теплоноситель, вытесняемый из коллекторов при стагнации. При этом учитывается температурное расширение жидкости. Корректное функционирование бачка обеспечивает его правильное расположение. Монтаж производится ниже уровня насосной группы. Если расположить ёмкость выше насосов, то мембрана станет уязвимой перед воздействием высоких температур, в результате чего на ней образуется воздушный пузырь. Он подсушивает резину, ухудшая её эластичность и другие физические свойства. Это приводит к быстрому изнашиванию мембраны.
Четвёртый нюанс касается подключения гелиоконтура к баку аккумулятору. Из-за того, что тепло всегда устремляется вверх, нужно делать подключение снизу, создавая преграду на пути тёплого потока. Это достигается путём подсоединения труб к водонагревателю с созданием, так называемой петли (термопетли). При игнорировании рекомендации температура воды в баке за ночь снизится минимум на 2-8 градусов.
Пятый нюанс касается обратного клапана. При его отсутствии всё тепло, накопленное за день в гелиоконтуре, рассеется через коллекторы в ночное время суток. Для предотвращения нерационального использования ресурсов рекомендуется в нижнем подключении бака аккумулятора устанавливать обратный клапан.
