Солнечные коллекторы: разновидности оборудования и особенности его использования

Солнечные коллекторы – техническое устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую. Их установка в частном доме позволит сократить, а в некоторых случаях полностью избавиться от расходов на отопление. Но оборудование имеет немалую стоимость, поэтому при его покупке и установке важно не допустить ошибок.

Устройство и принцип работы

Солнечный коллектор — панель, размером в несколько квадратных метров, внутрь которой встроен нагревательный элемент, накапливающий энергию солнца. Весь принцип работы устройства можно сравнить с обычным водонагревателем. Лучи аккумулируются в нем и передаются в теплообменник, заполненный теплоносителем, который нагревается и начинает циркулировать по отопительной системе.

Направление движения может меняться с помощью смесителя. Остывший теплоноситель вновь поступает в резервуар. Естественная циркуляция обеспечивается расширением теплоносителя, который поднимается и вытесняет холодный в резервуар. В солнечный день движение непрерывно, температура жидкости в трубах отопления сохраняется на уровне + 70 градусов.

Виды

Оборудование различается по виду теплоносителя и общей конструкции. Каждый вид имеет определенные преимущества и недостатки.

В зависимости от конструкции коллекторы делятся на следующие виды:

В зависимости от общей конструкции существует дополнительная классификация солнечных коллекторов:

Плоские

Панели, покрытые прозрачным стеклом или поликарбонатом. Внутри вмонтированы медные трубки, наполненные теплоносителем. Задняя часть панели покрыта минватой с целью теплоизоляции.

Вакуумный

По основному принципу работы они схожи с плоскими коллекторами. Но продуктивность их на порядок выше. Внутри устройства расположена стеклянная колба, наполненная техническим вакуумом. Ее стенки покрыты высокоселективным веществом, поглощающим до 96% солнечных лучей. Вакуум нагревается до + 300 градусов, одновременно препятствуя утечке тепла. Эта разновидность коллекторов способна работать даже в условиях пониженных температур. Для них главное – наличие солнечных лучей.

К минусам вакуумных коллекторов относят высокую стоимость.

Коллекторно — концентраторный

Данная разновидность коллекторов редко используется для отопления. Их основное предназначение – сушка сельхозпродукции на складах. Принцип работы коллекторно-концентратных моделей основан не на нагреве теплоносителя, а на повышении температуры воздуха.

Преимущества и недостатки

Главный плюс коллекторов в качестве источника тепла – общедоступность солнечной энергии. Даже в хмурую погоду эти устройства улавливают и аккумулируют в себе лучи, обеспечивая нагрев теплоносителя. При этом полностью отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ в атмосферу. По сути это самый экологичный вид энергии.

Коллекторы не производят шума. Благодаря установке на крыше, не занимают площадь участков.

К преимуществам также относят:

1. Длительный срок эксплуатации оборудования. Качественные коллекторы выполняются из ударопрочного материала, которому не страшны осадки и порывы ветра.
2. Независимость от внешних источников энергии. Коллекторы работают при длительном отключении электричества. Их обладателям не страшны перебои с горячим водоснабжением.
3. Экономичность. Гелиоустановки даже при совместном использовании с газом или электричеством сокращают расходы на оплату ЖКУ на 30 – 60 %.

Однако использование солнца в качестве отопления заключается в непостоянности освещенности. Как раз тогда, когда тепло особенно необходимо, его подача уменьшается. Ночью она равна нулю.

Особенности применения в разных регионах

Эффективность использования солнечных коллекторов зависит от географической широты расположения дома. Их установка более целесообразна на юге, где преобладает солнечная погода большую часть календарного года.

Но во многих регионах, летом коллектор работает по максимуму, а зимой – по минимуму. Связано это не только с количеством солнечных дней, но и с углом падения лучей.

Критерии выбора оборудования

Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:

• Коллекторы сезонного типа состоят из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода. Она замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
• Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температуры окружающей среды. В конструкции используется незамерзайка, которая обеспечивает высокий КПД даже в холодные дни.

Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:

1. Для отопления понадобится бойлер объемом равным 3-х кратному объему теплоносителя в системе отопления.
2. Количество трубок подбирают в зависимости от индивидуальных особенностей строения.

Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.

Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.

Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:

1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды.
2. Подогрев воды в бассейне.
3. Слив горячей воды.
4. Внешний теплообменник с вентилятором.
5. Сброс тепла в грунт.
6. Изоляция коллектора от солнечных лучей. К примеру, автоматическими рольставнями.

Требования к установке

Эффективность работы гелиосистемы зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда не падает тень от зданий, деревьев, гор.

Большое значение имеет ориентация. В северном полушарии «зеркала» должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, следует юго-запад или юго-восток.

Подключение к отопительной системе

Способ подключения зависит от того, какой тип циркуляции используется. Проще всего подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главный принцип в этом варианте – нагрев воды.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод подключают ко входу горячей воды, а нижний к обратке. На входе в коллектор могут возникнуть воздушные пробки.

Подключение к системе с принудительной циркуляцией несколько иное:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний датчиков.
2. Когда температура достигает заданного значения, нагрев прекращается.
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где устанавливаются такие датчики вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы. На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, и уровень наклона.

Частые вопросы

Вывод

Человечество на протяжении многих веков пыталось использовать солнечное излучение для получения тепла. Современные гелиосистемы – это новое слово в эффективном использовании этого бесплатного источника энергии. Поэтому нет сомнений, что за гелиосистемами будущее.

Видео-обзор: как работает оборудование