Солнце и ветер, альтернативные источники энергии и тепла рассматриваются человечеством с незапамятных времен, и, если в южных странах солнце уже давно служит на благо граждан, в наших широтах целесообразность установки подобного оборудования до сих пор вызывает споры.
Солнце, в зависимости от оборудования, способно обеспечить нас и электроэнергией, и теплом. Солнечные коллекторы, работающие на отопление и ГВС, хоть и не являются чем-то малоизвестным, но далеко не каждый четко представляет себе особенности их монтажа и работы.
СОЛНЦЕ И ТЕПЛО
Преобразовать солнечную энергию в тепловую можно при помощи солнечных коллекторов. Их использование экономит топливо и влечет уменьшение вредных выбросов в окружающую среду. Гелиоустановка ис-пользуетсолнечную энергию для приготовления питьевой воды горячего водоснабжения, а также для использования теплоты в системе отопления. При условии правильного проектирования и монтажа гелиосистема покрывает до 30% суммарной годовой потребности в энергии для ГВС.
Виды солнечных коллекторов
Существует несколько видов солнечных коллекторов, отличающихся друг от друга как внешними, так и техническими характеристиками.
Открытые солнечные коллекторы представляют собой поверхность, выполненную из резины или пластика с высокими значениями коэффициента поглощения солнечных лучей и высокой стойкостью к действию ультрафиолетового излучения. Как следует из названия, в таких коллекторах теплопоглощающий слой не покрывается стеклом. Применяются почти исключительно в открытых гелиосистемах для нагрева воды в бассейнах.
Особенностью вакуумных коллекторов является использование в качестве эффективного теплоизолятора вакуума. Вакуум поддерживается между наружным покрытием из стекла и теплопоглощающим слоем. Благодаря вакууму минимизируются тепловые потери и резко снижается зависимость КПД коллектора от разности температур между температурой коллектора и температурой наружного воздуха. Конструктивно вакуумные коллекторы могут выполняться трубчатыми, из отдельных герметичных труб, и плоскими, в этом случае вакуум поддерживается при помощи специальных насосов. Наиболее распространенными являются трубчатые вакуумные коллекторы.
Для данных коллекторов характерен так называемый зеркальный эффект, благодаря которому уменьшается зависимость теплоотдачи коллектора от высоты солнца. Это способствует выравниванию тепловой мощности коллектора как в течение дня, так и в течение всего года, что является существенным преимуществом такого типа коллекторов.
Преимуществами вакуумных коллекторов являются:
- высокий КПД круглый год;
- максимальный КПД зимой.
Недостатками являются:
- более высокая стоимость;
- больший вес и габаритные размеры в сравнении с другими типами коллекторов;
- пониженная эффективность работы в зимний период в клима-тическихусловиях Беларуси вследствие возможного образования инея и выпадения снега;
- низкая надежность: высокая подверженность градобитию, постепенное исчезновение вакуума в некоторых из трубок.
Вакуумные солнечные коллекторы являются высокотехнологичным и интересным в техническом отношении видом данной продукции. К сожалению, климатические условия нашей страны не всегда в полной мере позволяют реализовать их потенциал. Это касается негативного влияния снега и инея. Здесь следует иметь в виду, что вследствие отличных теплоизоляционных свойств вакуума как снег, так и иней могут держаться на коллекторах очень долго, длительное время после того, как крыша здания полностью очистилась. Очевидно, что в эти периоды энергоотдача коллекторов практически снижается до нуля. Что касается уязвимости трубчатых коллекторов к граду, данная проблема имеет место, в первую очередь, в вакуумных коллекторах китайского производства, не всегда имеющих должное качество. То же можно сказать и о потере вакуума в трубках коллекторов.
Многие европейские производители имеют в своем модельном ряде вакуумные коллекторы с так называемой тепловой трубкой. При использовании данной конструкции на поглотителе устанавливается тепловая труба, заполненная испаряющейся жидкостью. Данная тепловая труба подсоединяется к конденсатору, находящемуся в теплообменнике типа «труба в трубе». Тепло передается поглотителем тепловой трубке, что приводит к испарению жидкости. Образующийся пар поступает в конденсатор. Так как нет связи между внешним контуром и испаряющейся жидкостью, то возможно производить замену одной или нескольких трубок при заполненной установке.
Схема подключения солнечного коллектора
1) вакуумный солнечный коллектор; 2) контроллер солнечной установки; 3) двойная насосная группа; 4) расширительный бак 35 л; 5) предохранительный сбросной клапан; 6) крепление автоматического воздушного клапана и датчика; 7) термостатический смесительный клапан; 8) бойлер из нержавеющей стали; 9) потребители горячей воды;
10) подключения к котлу.
Параметры, влияющие на эффективность коллектора:
- наклон к горизонту - самый оптимальный угол - 45°С; если от этого градуса отступить, то не избежать увеличения потерь;
- ориентация по сторонам света -на юг более эффективно;
- распределение солнечной энергии в пределах года:
- от мая до сентября используются активно;
- в весенне-осенний период эпизодически;
- зимой малоэффективно, поэтому для отопления использование коллекторов не годится.
Плоские солнечные коллекторы являются наиболее распространенным типом солнечных коллекторов. Следует отметить, что в результате длительного совершенствования коллекторы данного типа, по всей видимости, практически достигли наиболее оптимальных показателей по эффективности, сроку эксплуатации и стоимости.
Плоские солнечные коллекторы работают на основе парникового эффекта. Данный эффект основан на том, что солнечное излучение, падающее на поверхность солнечного коллектора, практически полностью пропускается стеклом. Расположенное в нижней части коллектора теплопоглощающее покрытие, нагреваясь, излучает тепловую энергию, основная мощность которой находится в инфракрасном диапазоне. Данный спектр излучения уже практически не пропускается стеклом. Таким образом, достигается аккумуляция солнечной энергии внутри коллектора. Передача теплоты к теплоносителю осуществляется при помощи конструктивных элементов, выполненных, как правило, из алюминия или меди. Отвод теплоты осуществляется теплоносителем - обычно раствором незамерзающей жидкости.
В солнечном излучении есть две составляющие, которые не имеют четких границ: прямое излучение и рассеянное. В году их количество примерно равное: прямого излучения больше летом, а рассеянное преобладает зимой.
Кроме обычного стекла, в плоских солнечных коллекторах также может использоваться поликарбонат, стекло с низким содержанием железа, хорошо пропускающее солнечные лучи, и ударопрочное стекло.
Преимущества плоских коллекторов следующие:
- высокая эффективность;
- относительная простота конструкции и надежность;
- возможность эффективной эксплуатации весь год;
- длительный срок эксплуатации.
Недостатком является более низкий КПД в сравнении с вакуумными коллекторами в периоды с низким уровнем солнечного излучения и вхолодную часть года.
Плоский солнечный коллектор является технически простым устройством. Наиболее высокотехнологичный элемент в его конструкции - поглощающее покрытие. Очевидно, что для повышения эффективности работы конвектора необходимо, чтобы покрытие поглощало возможно большую часть энергии падающих солнечных лучей, а при нагреве излучало как можно меньшую часть поглощенной энергии в инфракрасном спектре.
Работа коллекторов
Чистота коллектора - обязательное условие его эксплуатации, причем выполнение этого условия прямо пропорционально КПД системы. Если на вашей крыше нет удобного выхода для обслуживания системы, считайте, что осенью, зимой и весной коллектор будет бесполезен.
Если вы хотите модернизировать уже существующую систему горячего водоснабжения и отопления, то стоит иметь в виду, что для «солнечной системы» понадобятся отдельный насос, расширительный бак и т.д., они должны быть особенные, специально предназначенные для солярных систем.
Проектирование системы также требует специальных знаний и наличия у проектанта специальных программ, которые помогут сформировать систему с оптимальным КПД. В ней будет учтено и количество коллекторов, и уклон крыши, и стороны света.
Использовать солнечную энергию для удовлетворения наших потребностей в электричестве и тепле - дело, конечно, очень заманчивое, однако в наших широтах это скорее вопрос престижа, нежели реальной экономии. Стоимость оборудования настолько велика, что процесс окупаемости может растянуться на годы.
Ситуация изменится только в том случае, если появится возможность продавать излишки электроэнергии соседям, а установка солнечных коллекторов будет дотироваться государством как наиболее экологичный способ обеспечения домов теплом и горячей водой. Многие западные страны давно идут по этому пути, понимая, что бережное отношение к природе в перспективе важнее сиюминутной финансовой выгоды.
Зачастую солнечные коллекторы устанавливаются владельцами домов вкупе с тепловым насосом. В этом случае работа этих двух систем распределяется следующим образом.
23-00 до 7-00: для отопления используется тепловой насос на ночном тарифе плюс запасаем по максимуму энергию в бойлере для переходного времени.
7-00 до 10-00: используется то, что успели накопить, если не хватает - тепловой насос на самом минимуме.
10-00 до 16-00: солнечный коллектор работает в максимальном режиме, в это же время нагревается вода в бойлере, если не хватает - тепловой насос на минимуме.
16-00 до 23-00: расходуется то, что удалось накопить за день, плюс тепловой насос на минимуме.
Похожие статьи:
Новости → Масштабная модернизация отопления
(1).png)
