Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Солнечные и Геотермальные отопительные системы». 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.
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.
Изготавливаем водяной коллектор
Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:
- регион проживания и уровень инсоляции;
- температура окружающей среды, особенно в зимний период;
- площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
- материал и покрытие змеевика;
- температура теплоносителя на входе;
- угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
- скорость течения воды по трубам теплообменника.
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.
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.
Солнечные батареи на крыше
Прежде всего, нужно выяснить, выдержит ли кровля дополнительную нагрузку. Один-два модуля выдержит любая, а для большего количества придется считать.
Для надежной фиксации они должны крепиться как минимум в четырех точках. Причем, если вы монтируете панели заводского изготовления, не поленитесь изучить инструкцию по установке: при нарушении хотя бы одного из пунктов, оборудование снимается с гарантии. В большинстве случаев требования такие:
-
Крепятся солнечные батареи на расстоянии 5-15 см выше кровельного материала. Этот зазор необходим для проветривания (для поддержания температурного режима).
Устанавливать солнечную батарею нужно на расстоянии 5-15 см от кровельного материала на специальных направляющих
- Для закрепления использовать только имеющиеся в корпусе отверстия. Дополнительные сверлить нельзя.
-
Рама, на которой закреплены фотоэлементы, рассчитана на вертикальную или горизонтальную установку (указано в паспорте), и в другом положении ее крепить нельзя.
Если рекомендована вертикальная установка, горизонтально ставить панель нельзя
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.
Средние цены за комплект
В зависимости от вида, бренда и страны, в которой изготавливались те или иные модели (комплекты) гелио коллекторов, цены разняться достаточно сильно.
Вот некоторые из предложений, представленные на рынке подобного оборудования в ценах, по состоянию на III квартал 2021 года:
- Плоские гелио коллекторы.
| Модель | Страна производитель | Технические характеристики | Стоимость, рублей | ||
| Мощность, Вт | Площадь абсорбера, м2 | Габаритные размеры, мм | |||
| ЯSolar-AirW | Россия | 1500 | 2,0 | 2065×1073×105 | 29300 |
| Galmet KSG REGAL 21 | Польша | — | 2,1 | 2033×1033×83 | 32200 |
| «СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А» | Россия | 1500 | 2,06 | 1093×2008×76,7 | 23900 |
Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками: пошаговое руководство
Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.
Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения – преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.
Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.
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.
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.
Гелиоустановка — это современный экологичный способ получения и последующего применения тепловой энергии от солнца. Во многих странах установки уже давно используют в частном секторе и промышленных масштабах. Системы подходят для нагрева воды или отопления. Преимущества для владельца:
- Владелец установки бесплатно получает солнечную энергию, которую может потом распределить по дому.
- Процесс получения и преобразования энергии экологичен и не наносит вреда планете.
- Энергия солнце неиссякаема, поэтому владелец установки всегда может быть уверен в ее получении.
- По сравнению с другими установками альтернативного получения энергии, стоимость коллектора невысокая.
Как и у любой установки, у солнечного коллектора есть и свои минусы — результат работы зависит от погоды.
В нашей стране использование гелиосистем не так распространено, как в Европе и Америке, по причине низкой эффективности, связанной с погодными условиями. Лидеры по установке гелиоколлекторов сегодня Япония и Китай.
Что могут предложить современные технологии
В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.
Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С
Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.
Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.
Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.
Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.
Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.
Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы
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).
Применение солнечных коллекторов: классические схемы подключения
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.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.
Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.
Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.
Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.
Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:
- Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
- Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
- Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.
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.
При установке солнечного водонагревателя или системы отопления к устройству обязательно подключают накопительный бак. Он нужен из-за непропорционального расхода энергии и распределения генерируемого тепла. Со временем бак заполняется водой, которой владельцы системы используют по своему усмотрению.
Рекомендуется устанавливать стандартный бойлер или буферную емкость. Рационально построенная конструкция представляет собой соединение коллектора с теплопроводником, который сообщается с бойлером.
Подключение бойлера косвенного нагрева к котлу. 3 проверенных схемы
Допустим, что бойлер косвенного установлен на расстоянии 15 метров до крана. В таком случае, если откроете кран, придется подождать некоторое время, чтобы полилась с него горячая вода. Для реализации схемы рециркуляции мы находим самую дальнюю точку горячего водоснабжения и с помощью тройника подключаем еще одну трубу, возвращая ее обратно в бойлер. Получается, что мы закольцовываем систему, устанавливаем специальный циркуляционный насос для рециркуляции, для ГВС и после этого у нас в кольце постоянно будет циркулировать горячая вода, нагретая в бойлере. Теперь даже в самой дальней точке открыв кран, в ту же секунду польется горячая вода.
Чтобы минимизировать потерю тепла все трубы, по которым идет циркуляция горячей воды от бойлера, нужно изолировать теплоизоляцией. У большинства бойлеров уже есть специальный выход для подключения линии рециркуляции. На линии устанавливается специальный насос, рассчитанный именно для рециркуляции ГВС. Насосы, которые используются для отопления не подходят для этой цели. Насос обычно устанавливается в пределах полутора метра от бойлера и обвязывается двумя кранами. Также рекомендуется установить сетчатый фильтр и обратный клапан. При подключении трубы – линии рециркуляции к самому бойлеру достаточно установить быстроразъемное соединение. Кран можно не монтировать, так как кран имеется на самом насосе. Если в бойлере нет специального выхода для подключения линии рециркуляции, тогда берем тройник и устанавливаем на входе холодной воды, перед бойлером.
Рекомендуется до установки солнечного водонагревателя убедиться в целостности и работоспособности гидравлической системы, в которой он будет монтироваться, а также проверить отсутствие утечек и правильность подсоединения водопроводной сети.
Установка солнечного водонагревателя производится в соответствии с маркировкой, указанной на корпусе. Рекомендуется устанавливать солнечный водонагреватель максимально близко от места использования горячей воды, чтобы сократить потери тепла в трубах магистрали.
Монтаж компактного солнечного нагревателя производите в прохладную погоду либо в прохладное время суток. Не допускайте нагрева вакуумных трубок на солнце при монтаже.
Внимание: даже нагретые на солнце снаружи исправные вакуумные трубки всегда остаются холодными. По окончании монтажа системы заполните бак водой и проверьте систему на герметичность.
Важно ознакомиться с предлагаемой схемой с целью правильного расположения внешних компонентов монтажа системы и их размещения в баке аккумуляторе.
При установке этой системы подсоедините подачу воды к трубе, находящейся внизу бака (с меткой входа подачи холодной воды). Плотно затяните предохранительный клапан наверху бака. После завершения монтажа соединений, откройте дренажное отверстие предохранительного клапана, чтобы сбросить давление из бака. Закройте отверстие после того, как бак будет заполнен водой.
Цилиндрические и кубические баки отличаются своими размерами. Их объем указывается в литрах: существуют небольшие модели на 80-100 л, но есть и громоздкие, вмещающие до 1400-1500 л. Размер подбирают, исходя из потребности семьи в горячей воде.
Габариты важны при монтаже. Для настенной установки подходят только легкие модели – до 200 л, все остальные имеют напольное исполнение. И горизонтальные, и вертикальные настенные устройства в комплекте имеют специальные крепления, напольные оснащены ножками или небольшой подставкой.