Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления
Многие из нас задумались о способах экономии на отоплении и горячем водоснабжении, особенно в свете постоянного роста цен на эти коммунальные услуги. Но возможно ли не только сократить расходы на электроэнергию, но и свести их к нулю? Ответ - да, это возможно с помощью энергии солнца. Солнечные коллекторы являются отличным источником бесплатной и экологически чистой энергии.
Эти коллекторы, также известные как гелиосистемы, задуманы для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Их использование позволяет дополнительно отапливать дом в весенний и летний периоды. Необходимо отметить, что обладатели таких установок получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.
Устройство и принцип работы солнечных коллекторов довольно просты. Они состоят из металлических пластин черного цвета, заключенных в корпус из стекла или пластика. Коллекторы обычно монтируются на крыше дома и представляют собой, по сути, миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Главная задача солнечного коллектора - согревать воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше эффективность коллектора. Тем не менее, несмотря на то, что принцип работы для всех коллекторов один и тот же, конструкция может различаться в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.
Как правило, неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно спускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода поступает в теплообменник, где быстро нагревается и вновь поступает в резервуар. Это означает, что вода внутри коллектора всегда остается горячей. В ясные солнечные дни ее температура может достигать 70 оC.
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 высокоселективные коллекторы: основные преимущества, устройство и принцип работы
Плоский коллектор солнечной энергии является наиболее распространенным видом солнечных коллекторов. Одним из главных достоинств этого типа коллекторов является их доступность: они отличаются невысокой ценой на рынке. В то же время, по сравнению с другими моделями, они несколько менее эффективны в плане удержания тепла. Основными элементами плоских солнечных коллекторов являются плоскостной поглотитель, прозрачное стеклянное покрытие, теплоизоляция с обратной стороны и рама, изготовленная преимущественно из алюминия или стали.
Плоскостной поглотитель представляет собой выкрашенный в темный цвет металлический лист, который соединен с трубками для передачи тепла. При этом слой поглотителя накапливает солнечные лучи и превращает солнечную энергию в тепло, которое затем передается специальной жидкости-теплоносителю (обычно смесь воды и гликоля). Эта жидкость направляет полученное тепло в солнечный аккумулятор. Прозрачное стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от внешней среды и снижает потери тепла, создавая эффект теплицы. Также теплоизоляция из минерального волокна выполняет ту же функцию, предотвращая теплопотери.
Солнечные коллекторы вакуумного типа представляют собой стеклянные трубки, внутри которых расположены устройства, способные поглощать солнечный свет. Они находят свое применение благодаря тому, что вакуумный слой, который окружает коллекторы, является идеальным теплоизолятором, что позволяет минимизировать теплопотери устройства. Вакуумные коллекторы бывают двух видов - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый тип предпочтительнее использовать в условиях, когда коллекторы работают круглый год, а второй - в период с апреля по сентябрь, когда наружная температура достаточно высока.
Концентрирующие устройства
Весной, летом и осенью угол падения дневных лучей солнца на поверхность земли превышает 120 градусов – этот угол является оптимальным для использования неподвижных солнечных коллекторов. Для достижения эксплуатационной температуры в диапазоне от 120 до 250 градусов Цельсия используются концентрирующие устройства, такие как параболические отражатели, которые располагаются под поглощающими элементами коллекторов. Они сосредотачивают солнечные лучи и, следовательно, направляют больше энергии на панель. Для достижения еще более высоких температур, необходимо использовать устройства отслеживания солнца. Однако, это довольно дорогостоящее решение, поэтому оно применяется в основном в промышленных целях.
Солнечные воздушные коллекторы - это тип устройств, предназначенных для использования в целях нагрева воздуха. Они представляют собой простые плоские коллекторы, которые можно использовать для отопления помещений или сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух, который необходимо нагревать, проходит через поглотитель. Этот процесс может осуществляться как с помощью естественной конвекции, так и за счет воздействия вентилятора. Однако следует учитывать, что использование вентиляторов может потребовать дополнительных затрат энергии на их работу.
Кроме того, стоит отметить, что срок службы солнечных коллекторов может колебаться от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Однако дешевые продукты от азиатских производителей могут быть менее надежными, в то время как продукция от лучших немецких компаний может прослужить еще дольше заявленного срока.
Как рассчитать мощность солнечного коллектора
Солнечные коллекторы могут быть весьма эффективными для обогрева воды в доме. Чтобы точно определить его мощность, нужно знать площадь поглощения, уровень инсоляции для конкретного региона и КПД коллектора.
Предположим, вы используете коллектор площадью примерно 1 квадратный метр, который состоит из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 квадратных метров. Расчет мощности на один день может быть произведен следующим образом: 0,15 (площадь поглощения одной трубки) × 1173,7 (уровень инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт•час/кв. м. В летние месяцы каждая трубка вакуумного теплового коллектора, в среднем, производит 0,325 кВт•час за день, а в самые солнечные месяцы - до 0,545 кВт•час.
Полезный совет: Статистика показывает, что в домашнем хозяйстве, в среднем, для использования горячей воды на одного человека требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день.
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