Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Солнечный коллектор

Энергия для тепловых насосов поступает из грунта, воды или воздуха, которые согревает солнцем. Тепло для котлов образуется вследствие сгорания, которое также представляет собой продукт преобразования солнечной энергии в ходе длительной эволюции Земли. А вот гелиоколлекторы можно назвать уникальными: они получают энергию прямо от солнца.
Чтобы получить возможность полностью бесплатно греть воду для ГВС или получать тепло для отапливания дома, можно приобрести солнечный коллектор. Учитывая немалую стоимость такого оборудования, очень важно правильно выбрать это устройство.

Особенности солнечных коллекторов

Основная особенность таких коллекторов, которая отличает их от теплогенераторов других видов, заключается в цикличности их работы. Отсутствует солнце – отсутствует и тепловая энергия. Следовательно, ночью подобные установки не активны.
Среднесуточное количество тепла непосредственно зависит от длительности светового дня, которая зависит от географической широты местности, а также от времени года. К примеру, летом на территории северного полушария приходится пик инсоляции, и коллектор будет работать с максимальной отдачей. Тогда как зимой уровень его продуктивности снижается. А самый минимум наблюдается в декабре-январе.
Стоит отметить, что зимой эффективность гелиоколлекторов падает еще и вследствие изменения угла падения солнечных лучей. Изменения производительности солнечного коллектора на протяжении года необходимо принимать во внимание в процессе расчетов его вклада в систему теплоснабжения.

Работа солнечных коллекторов

Главный элемент такого устройства — адсорбер, который представляет собой пластину из меди, с приваренной к ней трубой. Во время поглощения тепла попадающих на нее солнечных лучей, пластина вместе трубой быстро нагреваются. Далее тепло поступает в циркулирующий по трубе жидкий теплоноситель, который передает тепло далее по системе.
То, насколько сильно физическое тело может поглощать или отражать солнечные лучи зависит, главным образом, от структуры его поверхности. К примеру, зеркальная поверхность прекрасно отражает свет и тепло, тогда как черная, наоборот, поглощает. По этой причине медная пластина адсорбера должна быть покрыта черной краской.
Принцип работы:

1. солнечный коллектор
2. буферный бак
3. горячая вода
4. холодная вода
5. котроллер
6. теплообменник
7. помпа
8. горячий поток
9. холодный поток.

Повысить объем получаемого солнечного тепла можно при помощи грамотного выбора стекла, которое будет прикрывать адсорбер. Простое стекло не имеет нужного уровня прозрачности. Помимо того, ему свойственно отражать определенную часть попадающего на него солнечного света. При создании гелиоколлекторов, чаще всего, применяется особый вид стекла, имеющий низкое процентное количество железа, вследствие чего увеличивается уровень его прозрачности. Чтобы снизить количество отраженного поверхностью света стекло покрывают антибликовым покрытием. А для предотвращения попадания внутрь коллектора пыли и влаги, снижающих пропускную возможность стекла, корпус должен быть полностью герметичным. В некоторых видах коллекторов корпус заполнен инертным газом.
Несмотря на все вышеперечисленное, солнечные тепловые коллекторы, все же не могут похвастаться КПД на уровне 100%. Некоторую часть полученного тепла нагретая пластина адсорбера отдает окружающей среде, вследствие чего нагревается воздух. Для минимизирования уровня теплопотерь, адсорбер должен быть изолирован. В поиске наиболее эффективного метода теплоизоляции адсорбера инженеры разработали несколько разных видов солнечных коллекторов.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский коллектор солнечной энергии имеет довольно простую конструкцию. Он состоит из металлического короба, покрытого сверху стеклом. В роли теплоизолирующего материала для дна и стенок корпуса, применяют минеральную вату. Этот вариант далек от идеального, потому что тепло переносится от адсорбера к стеклу через воздух, находящийся внутри короба. Если температура внутри коллектора и снаружи сильно отличаются, то наблюдаются серьезные потери тепла. Таким образом, плоский гелиоколлектор лучше использовать в летнее время. Плоский коллектор состоит из следующих компонентов:

1. впускной патрубок
2. защитное стекло
3. абсорбционный слой
4. алюминиевая рама
5. медные трубки
6. теплоизолятор
7. выпускной патрубок.

Вакуумный солнечный коллектор

Устройство солнечного коллектора такого типа представлено панелью, которая состоит из большого количества довольно тонких трубок из стекла. Каждая трубка заполнена адсорбером. Для предотвращения переноса тепла газом (воздухом), трубки вакуумируют. Таким образом, вследствие отсутствия газа около адсорберов, вакуумные коллекторы характеризуются незначительными теплопотерями даже при условии морозной погоды. Такая система солнечных коллекторов состоит из:

1. теплоизоляции
2. корпуса теплообменника
3. теплообменника (коллектора)
4. герметичной пробки
5. вакуумной трубки
6. конденсатора
7. поглощающей пластины
8. тепловой трубки с рабочей жидкостью.

Использование солнечных коллекторов

Основным назначением солнечных коллекторов, как и любых других теплогенераторов, является отопление домой и подготовка воды для системы горячего водоснабжения. Нужно сделать правильный расчет солнечного коллектора.
Плоские модели демонстрируют высокую производительность только в весенне-летний период. Следовательно, подключение солнечных коллектором такого типа для отопления дома зимой, попросту нецелесообразно. Но, и ему найдется применение. Главное их достоинство – это доступная стоимость, ведь они намного дешевле вакуумных моделей. Таким образом, если вы планируете использовать солнечную энергию только летом, то стоит купить именно плоский коллектор. Они прекрасно подходят для подогрева до комфортной температуры воды в открытом бассейне.
Трубчатые вакуумные коллекторы можно назвать более универсальными. Их можно активно использовать круглый год. Поэтому они подходят как для горячего водоснабжения, так и для системы отопления.
Стоит отметить, что коллектор необходимо располагать на открытом пространстве, куда не падает тень от соседних построек, деревьев, и прочих объектов. Наиболее солнечной стороной в нашем северном полушарии является южная, следовательно, «зеркала» коллектора нужно размещать строго на юг. Если же по техническим причинам это невозможно, нужно выбрать направление, которое максимально приближено к южному, – юго-западное или юго-восточное.
Также не забывайте про угол наклона гелиоколлектора. Величина угла находится в зависимости от отклонения положения Солнца от зенита, определяемого географической широтой той местности, где будет установлено оборудование. При неправильном выборе угла наклона, значительно возрастают оптические потери энергии, потому что большая часть солнечных лучей будет отражаться от стекла коллектора и, не попадет на абсорбер.

Как выбрать солнечный коллектор?

Чего мы ждем от солнечного коллектора? Чтобы отопительная система коттеджа справлялась с задачей поддержания в комнатах комфортной температуры, а из кранов текла горячая, а не чуть теплая вода. Для полноценного использования солнечного коллектора, необходимо до покупки рассчитать требуемую мощность оборудования. Стоит обязательно принять во внимание:

• назначение коллектора (ГВС, отопление или их комбинация)
• потребность здания в тепле (общий размер обогреваемых помещений или среднесуточные затраты горячей воды)
• климатические особенности региона
• особенности монтажа коллектора.

Производство солнечных коллекторов не обходится без маркировки на них конкретного уровня производительности. Компании, которые занимаются изготовлением солнечных коллекторов, предоставят вам более полную информацию об изменении мощности оборудования в зависимости от географической широты населенного пункта, угла наклона «зеркал», отклонения их ориентации от южного направления и другие.
В процессе выбора уровня мощности коллектора очень важно достичь баланса между недостатком и избытком накапливаемого тепла. Эксперты советуют отталкиваться от максимально возможной мощности коллектора, т. е. пользоваться во время расчетов самым продуктивным летним сезоном. Однако, этот вариант противоположен мнению среднестатистического пользователя о том, что нужно покупать оборудование с запасом (т. е. вести расчеты по мощности самого холодного месяца), чтобы тепла от коллектора хватило и в менее солнечные осенние и зимние дни.
Но, если идти таким путем, то на пике его производительности, т. е. в летом, у вас возникнет серьезная проблема: тепла будет генерироваться больше, чем использоваться. Все это может стать причиной перегрева контура и других неприятностей. Есть два варианта решения этакой проблемы:

• установка маломощного солнечного коллектора с подключением в зимние месяцы резервных источников тепла
• покупка модели с большим запасом по мощности и предусмотрением варианта сброса избыточного тепла в теплое время года.

Другие компоненты системы

Мало просто собрать отдаваемое солнцем тепло. Необходимо его передать, накопить, доставить потребителям, необходим контроль за всеми этими процессами. Следовательно, кроме находящихся на крыше коллекторов в системе присутствует большое количество других компонентов, которые менее заметны, но не менее важны. Рассмотрим наиболее значимые из них:

• теплоноситель. Роль теплоносителя в контуре коллектора выполняет или вода, или незамерзающая жидкость. При этом, предпочтительнее покупать модели именно с незамерзающей жидкостью. При отрицательных температурах она не застывает. Тогда как вода, застывшая в трубах, приведет к разрыву контура. Кроме этого, недостаточно высокая температура кипения воды поводом частых стагнаций в летнее время. «Незамерзайку» нужно только предохранять от чрезмерного перегрева
• насос, адаптированный для гелиосистем. Чтобы гарантировать принудительную циркуляцию теплоносителя по контуру коллектора понадобится насос, адаптированный для гелиосистем
• теплообменник для ГВС. Передача тепла от контура гелиоколлектора к воде, находящейся в ГВС, или к теплоносителю системы отопления происходит при помощи теплообменника. Чаще всего, чтобы накопить горячую воду устанавливают резервуар большого объема, в комплекте с которым идет теплообменник. Более рациональным является использование баков с двумя и более теплообменниками. Таким образом, вы сможете забирать тепло не только у солнечного коллектора, но и у других источников, к примеру, у газового или электрического котла, теплового насоса
• автоматика. Такая сложная система не может существовать без автоматики, которая контролирует все стадии процесса. Контроллер дает возможность автоматически осуществлять анализ температуры в контуре и накопительном резервуаре, управлять насосом и клапанами, которые отвечают за движение теплоносителя по контуру. В случае перегрева теплоносителя в контуре и воды в баке контроллер подаст сигнал к сбросу тепла в дополнительный теплоприемник – еще один бак с водой или уличный воздушный теплообменник. Когда вечером температура воды в накопительной емкости превышает температуру теплоносителя в контуре коллектора, то автоматика останавливает циркуляцию теплоносителя по контуру, чтобы предотвратить выброс накопленного тепла в атмосферу через сам коллектор. Новейшие технологии позволяют удаленно контролировать работу системы и при необходимости вносить корректировки.

Конечно, можно самостоятельно подобрать все компоненты системы. Вполне реально создать полноценную систему из купленных по отдельности элементов. Но, существуют и готовые решения — комплекты, в составе которых есть коллектор, насосы, накопительные резервуары, управляющая автоматика и т. д. Покупка готового комплекта – это не только экономия вашего времени, но и гарантия правильной работы системы.

Виды солнечных коллекторов

Как уже известно, главным составляющим элементом каждой солнечной системы является солнечный коллектор. Какие же типы солнечных коллекторов бывают? Какие их отличительные особенности и различия? Как характеристики солнечного коллектора определенного типа влияют на его применение для той или иной цели?

На сегодняшний день наибольшего признания и распространения приобрели коллекторы двух типов:

1. Плоские коллекторы.

2. Вакуумированные трубчатые коллекторы.

Солнечный коллектор должен быть высококачественным изделием со сроком эксплуатации до 20 лет.

Плоский коллектор – это коллектор в форме панели. Пластина поглотителя размещена в средине панели и выполнена в большинстве случаев из меди или алюминия, как металлов, хорошо проводящих и передающих тепло. На поглотитель нанесено специальное покрытие с низким коэффициентом излучения в зоне теплового излучения, что обеспечивает максимальное преобразование солнечного излучения в тепловую энергию и ее минимальные потери в окружающую среду. Сверху поглотитель (абсорбер) защищен специальным гелиостеклом с низким содержанием железа, что обеспечивает большую пропускную способность стекла, незначительное отражение света и защиту от внешних воздействий на протяжении всего периода эксплуатации. По контуру для защиты абсорбера от механических повреждений и предотвращения потерь теплоты размещен корпус из алюминия или высококачественной листовой стали с теплоизоляцией. Под абсорбером и трубками с теплоносителем также размещен слой теплоизоляции.

В плоском коллекторе тепло предается теплоносителю, который циркулирует через солнечный коллектор – воде или антифризу.

Плоские коллекторы могут монтироваться на плоских и скатных крышах, фасадах зданий и даже просто в произвольном месте, то есть во всех положениях от горизонтального до вертикального.

Плоские коллекторы изготавливаются в виде стандартных панелей площадью 2 – 2,5 м 2 . Необходимая мощность коллектора обеспечивается подключением необходимого числа панелей в одно коллекторное поле или же несколько полей, объединенных в единую солнечную систему.

Это самый распространенный на сегодняшний день вид солнечного коллектора. Используется в бытовых системах подогрева воды, а также отопительных системах.

Плоские коллекторы несколько дешевле вакуумированных трубчатых, но их коэффициент полезного действия при низких температурах окружающей среды также ниже, чем у вакуумированных трубчатых. Если при температурах летнего периода они ничем не уступают вакуумированным трубчатым, то в наиболее холодный период зимы они могут уступать по эффективности в два раза.

Вакуумированный трубчатый коллектор – коллектор, который состоит из отдельных трубок, каждую из которых можно рассматривать как небольшой солнечный коллектор. Трубки объединены в верхней части и формируют одну панель. Конструктивно вакуумированный трубчатый коллектор похож на термос: трубка меньшего диаметра вставлена в трубку большего диаметра, а из пространства между ними для создания вакуума откачан воздух. Трубка большего диаметра выполняет защитную функцию и выполнена из специального гелиостекла, как у плоских коллекторов. В нее встроена медная или алюминиевая пластина поглотителя, который обеспечивает максимальный уровень поглощения солнечной энергии и незначительное тепловое излучение. Под поглотителем размещена трубка поглотителя, в которой циркулирует теплоноситель, который отбирает теплоту от поглотителя. Поскольку между трубками находится вакуум, который является сам по себе отличным теплоизолятором, теплопотери вакуумированных трубчатых коллекторов в 2 – 2,5 раза меньше, чем у плоских коллекторов. По сравнению с плоскими коллекторами в эксплуатации они имеют значительное преимущество при низких температурах наружного воздуха: их коэффициент полезного действия оказывается значительно выше. Для вакуумированных трубчатых коллекторов очень важным является сохранение вакуума на протяжении всего периода эксплуатации.

Вакуумированные трубчатые коллекторы конструктивно бывают двух подвидов: прямоточные и с тепловой трубой.

В прямоточных вакуумированных трубчатых коллекторах трубка поглотителя – это коаксиальный теплообменник (также типа «труба в трубе»). Теплоноситель (вода, антифриз) из коллектора движется по внутренней трубе до конца трубы, а потом попадает в межтрубное пространство и, отбирая теплоту от поглотителя, возвращается назад в коллектор. Коллектор в данном случае – две трубы, одна из которых подача, а другая обратка, к которым подключаются трубки коллектора. Преимуществом данного типа солнечных коллекторов является непосредственная передача тепла воде (что сокращает теплопотери), а также возможность монтировать коллектор в любом положении от горизонтального до вертикального, с расположением трубок вдоль или же в поперек, поскольку теплоноситель циркулирует непосредственно в трубке поглотителя.

Преимуществами вакуумированных трубчатых коллекторов с тепловой трубой является сохранение высокой эффективности до температуры -30°С С (для коллектора со стеклянной тепловой трубкой) и даже до -45°С (для коллектора с металлической тепловой трубкой) при солнечной погоде, возможность замены отдельных трубок в случае поломки, а также возможность поворачивать трубки вокруг своей оси для выбора наиболее оптимального угла по отношению к солнцу и обеспечение, таким образом, использования солнечной энергии с максимальной эффективностью, что стало возможным благодаря «сухому» соединению тепловой трубки с основным контуром теплоносителя.

В таблице ниже представлены технические характеристики вакуумных трубок для коллектора различной длины компании NARVA в стандартном исполнении. Один коллектор может состоять из 5, 10, 20 или 30 трубок.

Покрытие абсорбера: одностороннее ( Standard )

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Солнце – источник неисчерпаемой бесплатной энергии, ресурсами которой может воспользоваться любой желающий.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Комплект с плоскими солнечными коллекторами auroSTEP plus – оптимальное решение для загородного дома.

Трубчатый солнечный коллектор auroTHERM exclusiv обеспечивает максимальную эффективность поддержки системы отопления.

Плоские солнечные коллекторы auroTHERM и auroTHERM plus – отличное соотношение цены и эффективности.

Покупка гелиосистем у официального дилера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99 (круглосуточно)

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Воздушные

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Виды солнечных коллекторов

Существуют различные виды солнечных коллекторов, однако все они рассчитаны на собирание энергии тепла лучей солнца, которая поступает вместе с видимой и прилежащей инфракрасной зонами спектра. Они осуществляют нагрев теплоносителя, используются для обогрева, снабжения горячей водой и проветривания построек разного назначения.

Содержание:

Коллекторы плоского типа

Структура солнечных коллекторов плоского типа включает:

• Абсорбер – элемент, отвечающий за вбирание солнечного света и объединенный с теплопроводящей конструкцией. Это наиболее высокотехнологичная часть системы. Для увеличения результативности на него наносят селективное никелевое покрытие, напыление окиси титана либо окрашивают в черный цвет.
• Термоизолирующее покрытие используют для обработки изнаночной стороны гелиопанели. Чаще всего его изготавливают из полиизоцианурата, жесткого полимерного термореактивного материала с закрытыми ячейками.
• Прозрачный слой выполняется из листов поликарбоната с рифлением или закаленного стекла с небольшим количеством железа.
• Трубки для теплоносителя из полимера этилена с поперечно сшитыми молекулами (сшитого полиэтилена) или меди.

Основной принцип работы коллекторов плоского типа заключается в эксплуатации парникового эффекта. Стекло пропускает лучи солнца вовнутрь конструкции и позволяет накопить солнечную энергию, а затем передать ее теплоносителю (воде или незамерзающему раствору) при помощи других деталей (обычно алюминиевых или медных). Гелиопанели этого типа обрабатывают также силиконовым герметиком, достигая полной воздухонепроницаемости.

Эффективность нагрева теплоносителя зависит от количества поступающих на коллектор солнечных лучей. Чем больший объем энергии передается теплоносителю, тем выше результативность работы агрегата. Ее также можно увеличить, применяя специализированные оптические покрытия, не позволяющие уходить теплу.

Эффективность функционирования гелиопанели характеризуется выработкой нагретой жидкости на 1 кв. м площади поверхности устройства. Плоские разновидности могут нагревать теплоноситель до 200ºC.

Коллекторы вакуумного типа

В коллекторе этого типа поглощающий солнечные лучи элемент разделен с окружающей средой объемом, где создан вакуум. Благодаря этому теплопотери оказываются устранены практически полностью. Использование селективного покрытия, в свою очередь, намного снижает энергопотери на излучение.

На фото солнечного коллектора вакуумного типа видно, что используемые теплонакопители представляют собой трубочки, укомплектованные по принципу термоса. Детали вставляются друг в друга, а в зазоре между ними создается вакуум. Узкоцилиндрическая форма устройств обуславливает падение лучей под углом 90º к оси, что увеличивает количество получаемой с единицы площади энергии даже в вечернее и утреннее время суток.

Трубчатые системы способны эффективно собирать энергию рассеянного солнечного излучения, фактически в этом случае они работают как плоские модели, обустроенные возможностью поворота вслед за солнцем. Применение отражателей также может значительно увеличить рабочее пространство коллектора вакуумного типа.

Практически полное отсутствие пустого расхода энергии в функционировании вакуумного коллектора делает его незаменимым для использования в морозы, а приоритет перед плоскими гелиопанелями он получает уже при температуре ниже 15ºC.

Вакуумный коллектор с прямой передачей тепла жидкости

Конструкции из трубочек в вакуумном коллекторе с непосредственной теплопередачей жидкости располагаются под конкретным углом. Они подсоединяются к баку-накопителю, вода из которого течет непосредственно в трубки, где прогревается и затем возвращается. Отсутствие иных элементов служит важным достоинством агрегата. Коллекторы этой разновидности могут работать также и без бака-накопителя.

Вакуумный коллектор с прямой передачей тепла жидкости и встроенным теплообменником

Коллекторы этой разновидности устроены, в целом, так же, как и приборы с непосредственной передачей тепла жидкости, однако имеют эффективный теплообменник, подсоединенный изнутри бака. Такой аппарат допустимо встраивать в напорную систему снабжения водой.

Для использования оборудования при пониженной температуре (до -10ºC) в контур нагрева воды заливают незамерзающий раствор. Отложений внутри коллектора не формируется, поскольку вода течет исключительно внутри медного теплообменника, а мера ее неизменна.

Вакуумные коллекторы с теплотрубками

Для производства дорогих моделей вакуумных коллекторов используют медные термические трубки, запечатанные и заполненные легкокипящим раствором. Механизм их работы состоит в том, что нагретая жидкость при улетучивании забирает энергию и уносит ее к теплоносителю, конденсируясь вверху. Конденсат затем стекает обратно, и процедура повторяется.

Перенос тепла осуществляется посредством «гильзы» приемника, изготовляемой из меди. Отопительный контур коллектора физически разделен с трубами, поэтому порча одной или нескольких деталей не лишает его работоспособности. Замена элементов не требует полного удаления незамерзающего раствора из контура теплообменника.
Коллектор с применением термотрубок достаточно производителен при морозах до -35ºC (для стеклянных моделей с тепловыми трубками) или -50ºC (изделия с тепловыми трубками из металла).

Солнечные коллекторы с концентраторами

Обустройство солнечных коллекторов концентраторами производится посредством параболоцилиндрических отражателей, которые прокладываются непосредственно под деталями, поглощающими излучение солнца. Процедура позволяет достичь роста эксплуатационных показателей температуры теплоносителя до 120-250ºC и более (если параллельно используются приборы слежения за источником света).

Воздушные коллекторы

Основной характеристикой воздушных солнечных коллекторов служит их способность прогревать воздушную массу. Обычно эти устройства относятся к типу простых плоских гелиопанелей. Теплообменник для их работы не нужен, поскольку воздух не промерзает.

Воздух поступает через поглотитель принудительно или естественным путем. Он проводит тепло не так хорошо, как теплоносители жидкого типа, поэтому применение вентиляторов для улучшения теплопередачи и усиления формирования завихрений в атмосферной массе увеличивает эффективность работы устройства.

Воздушные солнечные коллекторы имеют несложную структуру и высокую отказоустойчивость, их работой легко управлять. При соблюдении правил эксплуатации они могут исправно функционировать более 15-20 лет, не нуждаясь в ремонте и техническом обслуживании.

Виды солнечных коллекторов для прогрева воздуха могут интегрироваться в крыши или стены строений. Они нередко служат основной или дополнительной системой отопления и вентиляции зданий, где доступ к иным источникам энергии затруднен или невозможен.

Солнечные коллекторы: характеристики и обзор моделей

Солнечный коллектор для отопления дома был изобретен сравнительно недавно. Как и любая новая технология, стоимость его довольно высока, однако эта разновидность климатической техники способна помочь значительно сэкономить ресурсы.

Подобные конструкции также имеют второе название – гелиосистемы. Ежегодно данное оборудование способно произвести порядка 600-800 киловатт тепловой энергии всего на один квадратный метр площади устройства. Получается, что в холодное время года подобное устройство способно взять на себя отопительные функции приблизительно трети жилого дома.

Принцип функционирования солнечного коллектора по своим основам очень похож на водонагреватель. В нем накапливается энергия, содержащаяся в солнечном свете, она направляется на специальный нагревательный элемент, который представляет собой панель в несколько квадратных метров.

По большому счету, такой элемент является самой обыкновенной солнечной батареей, солнечные лучи, попавшие на него, передают свою энергию так называемому теплообменнику. В нем содержится теплоноситель, например, воздух, вода или антифриз. Он под действием поступившего количества теплоты разогревается и направляется в отопительную систему, где начинает циркулировать по квартире или дому. Солнечные коллекторы позволяют хорошо сэкономить на расходах, связанных с отоплением.

Принцип работы солнечного коллектора

Чтобы конструкция функционировала наиболее эффективно, разработчики смогли совместить электричество и энергию солнечных лучей. Дело в том, что в зимний период солнце можно найти на небосклоне далеко не всегда. Из-за этого выходит, что данный обогревательный прибор не сможет функционировать в полной мере. Благодаря подключению к электрической сети осуществляется принудительная циркуляция теплообменника по системе, что делает затраты минимальными. Стоит отметить, что подобное устройство устанавливать рационально только в домах с большой площадью.

Некоторые специалисты утверждают, что гелиосистема окупается довольно долго, однако эта точка зрения ошибочна. Если сложить все средства, вложенные в данное оборудование и техническое обслуживание, то они вернутся приблизительно в течение трех-пяти лет. Чем регулярней его будут использовать, тем быстрее он окупится. Более того, необходимо принимать во внимание, что расходы на отопление с каждым годом становятся все больше и больше из-за постоянного роста тарифов.

Виды солнечных коллекторов

Существует своя классификация данных устройств, которая базируется на их конструкции:

Плоская конструкция внешне похожа на ящик, выполненный из алюминия, внутри которого находятся трубки из медных материалов. На дне ящика находится довольно толстый теплоизоляционный слой. Сверху изделие закрыто специальными материалами, например, закаленным стеклом или пропиленегликолем. Именно данная поверхность и будет поглощать в себя тепло солнечных лучей. Среди всех видом изделий эта конструкция является наиболее прочной и долговечной, поэтому она рекомендована для установки в регионах, где регулярно выпадает дождь или снег.

Однако у плоского коллектора имеется один довольно существенный недостаток: если он выходит из строя, то это будет касаться всей отопительной системы. Ремонту, как правило, не подлежит, его придется сразу менять и устанавливать новый. Его можно применять не только для обогрева, но и для горячего водоснабжения, однако его производственной мощности хватит лишь для того, чтобы прогреть температуру всего на 20-30 градусов выше по сравнению с температурой окружающей среды. Данная модель является самой дешевой среди всех других видов.

Конструкция воздушного коллектора функционирует по принципу парникового эффекта. Солнечные лучи, притянутые рабочей поверхностью, будут полностью поглощаться. Эта тепловая энергия прогревает массу воздуха, которая находится внутри конструкции. В ней может быть предусмотрен специальный вентилятор, передающий горячий воздух дальше в жилые помещения, однако имеются устройства, обеспечивающие естественную циркуляцию. Данный коллектор представляет собой прочную, надежную и очень долговечную конструкцию, которая практически не будет нуждаться в проведении ремонтных работ. Их недостаток заключается в том, что диапазон прогрева воздуха не слишком большой.

Вакуумный коллектор состоит из системы медных трубок, размещенных в стеклянном сосуде довольно большого объема. Между стенками воздуха нет, он полностью откачан. Вакуум в данном случае выполняет функцию теплоизолятора и одновременно проводника.

Все элементы располагаются в ряд, что позволяет поглотить как можно большее количество солнечной энергии. В зависимости от того, какой протяженности будут трубки, можно будет рассчитать, сколько тепла они станут давать. Для не слишком большого дома вполне подойдут трубки, длина которых не будет превышать два метра с внутренним диаметром 6 см. Стекло, используемое в данной конструкции, отличается хрупкостью, поэтому такие осадки, как град, а также упавшие ветки и прочие физические воздействия могут привести к тому, что она выйдет из строя.

Ремонтные работы в этом случае связаны с необходимостью замены трубки, которая вышла из строя, что является несомненным плюсом, так как нужды в полной замене системы не будет. В зимний период эффективность от использования такого солнечного коллектора значительно выше по сравнению с плоскими устройствами. Это связано с его возможностью лучше прогревать воду и сохранять тепло в течение долгого времени. Коллекторы вакуумного типа, используемые для прогрева дома, обычно имеют только самые положительные отзывы со стороны потребителей, так как можно приобрести изделия различных размеров, поэтому они подойдут даже для достаточно больших домов. Это позволяет хорошо сэкономить на отоплении, не снижая при этом показатели коэффициента полезного действия.

Стоит отметить, что коллекторы могут быть сезонного использования и круглогодичного применения. Первая разновидность может функционировать только в том случае, если температура окружающей среды не ниже ноля градусов. Круглогодичные являются универсальными конструкциями, однако их стоимость будет значительно выше.

Осуществляя выбор солнечного коллектора, следует учитывать не только собственные финансовые возможности, но и ряд других параметров:

• Требуемая мощность;
• Площадь крыши, так как коллектор устанавливается обычно именно там.

Положительные и отрицательные качества коллекторов

Как и любое другое устройство, коллектор обладает сильными и слабыми моментами. Это также следует принимать во внимание, так как благодаря им удастся определить – имеется ли необходимость монтировать гелиосистему или же выгоднее будет обойтись без нее.

Главным положительным моментом данного устройства является их полная экологичность, так как они не способны нанести вред окружающей среде. Для нагрева теплоносителя не применяются процессы горения, во время эксплуатации нет никаких отработанных материалов, соответственно, в атмосферу не выделяется никаких вредных веществ. Такие системы идеально подойдут для людей, которые больны заболеваниями органов дыхания.

Несмотря на то, что стоит солнечный коллектор для отопления довольно-таки дорого, он представляет собой весьма экономичную конструкцию. Начать экономить можно уже на монтаже, если заниматься этим самостоятельно, но большинство специалистов советуют обратиться за помощью к профессионалам. В течение пяти лет коллектор в полном объеме возвращают свою стоимость и начинают работать на то, чтобы сохранить средства и ресурсы.

Если сравнивать такую систему отопления с твердотопливным или газовым котлом, то применение котлов значительно дороже, так как год от года горючее продолжает становиться все дороже и дороже, а за солнечную энергию платить вовсе не придется. В летний период, когда солнце постоянно на небосводе, эффективность солнечных коллекторов значительно превышает пользу от котла.

Гелиосистемы поглощают тепло даже в случае, если в окружающей среде минимально освещение. Если конструкция будет собрана правильно, то даже в пасмурную погоду она станет давать нужное количество тепла.

Коллекторы представляют собой конструкции, совершенно не зависимые от подачи электрической или иной энергии. В некоторых регионах нашей страны солнце зачастую светит полгода, поэтому здесь можно и вовсе отказаться от использования исчерпаемых ресурсов типа газа или электроэнергии для отопления строения. Даже в случае, если наблюдаются периодические проблемы с подачей энергии, конструкция будет продолжать производить достаточное количество теплоты.

Гарантия на гелиосистемы составляет порядка 15 лет, однако здесь имеется ряд определенных нюансов: воздействие атмосферных осадков не является гарантийным случаем, поэтому следует тщательно продумать, как защитить коллектор от подобных поломок.

Главным отрицательным моментом гелиосистем является их стоимость. Одни из наиболее дорогих конструкций могут обойтись примерно в 10 тысяч долларов без установки и обслуживания. Производители говорят, что для установки такой конструкции не нужно получать никаких разрешений: в частности, для монтажа в индивидуальном жилом доме, действительно не придется оформлять никаких документов. Для установки на крыше многоквартирного дома нужно будет получить соответствующую бумагу от жилищного управления.

Вследствие того, что в большинстве регионов нашей страны довольно холодно и пасмурно, такие изделия на сегодняшний день не отличаются популярностью. Однако за пределами нашей страны, где люди гораздо больше заботятся о сохранности окружающей среды, их можно встретить значительно чаще.

На что обращать внимание при покупке коллектора?

Все гелиосистемы промышленного производства генерируют тепловую энергию, которая выражается в киловаттах. На этот показатель обязательно следует смотреть, так как существует вероятность приобрести либо слабую, либо чересчур мощную конструкцию. Очень важно проверить, насколько хорошо коллектор сохраняет полученное от солнечных лучей тепло, так как этот фактор будет играть одну из ключевых ролей, если его планируется устанавливать в холодных регионах.

При установке коллектор помещается в специальный каркас, который имеет определенную массу. Следует выяснить, насколько сильная конструкция крыши – может ли она выдержать массу данного оборудования. Если обрешетка слабая, то ее нужно будет предварительно усилить. В некоторых случаях коллектор размещают в вертикальной плоскости, что позволяет не допустить лишнего воздействия атмосферных осадков, но из-за этого несколько снизится коэффициент полезного действия оборудования.

Обзор лучших моделей

Среди плоских конструкций наилучшей считается FPC-2200. У этого устройства активная площадь составляет 2,1 квадратных метра. Коэффициент полезного действия, если правильно установить изделие, будет достигать 94%. С его помощью можно достичь температуры теплоносителя в 135 градусов, наибольшее давление в системе будет составлять 1МПа. Без каркаса устанавливать запрещено. Стоит порядка 30 тысяч рублем.

Лучшим воздушным коллектором считает SOLARVENTI SV3, он способен работать полностью в автономном режиме. Предназначен не только для жилых помещений, но и для складов, разного рода иных технических помещений. Максимальная площадь, которую он может обогревать составляет всего лишь 25 квадратных метров. Изделие отличается компактными габаритами, масса составляет около 6 см, его разрешается устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Стоит достаточно дорого – 40 тысяч рублей.

На сегодняшний день вакуумные модели на российском рынке не представлены. Такой коллектор будет хорошим дополнением к стандартной отопительной системе дома или квартиры.