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.
Высокоселективный плоский коллектор является одним из наиболее распространенных типов, который отличается невысокой ценой, но в то же время не имеет такой эффективности теплосбережения, как другие модели. Он состоит из нескольких элементов, таких как плоскостной поглотитель, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции на обратной стороне и рамы, которая обычно изготавливается из алюминия или стали. Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темный цвет металлический лист, связанный с трубками, которые отвечают за передачу теплоты. В то время как поглотитель поглощает солнечную энергию, он накапливает и трансформирует ее в тепловую. Далее, жидкость-теплоноситель (обычно состоящая из воды и гликоля) передает это тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от внешних воздействий и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Также для этой цели используется теплоизоляция, которая обычно изготавливается из минерального волокна.Вакуумные трубчатые: в чем заключается их преимущество
Солнечные коллекторы вакуумного типа представляют собой устройства, построенные на базе стеклянных трубок, внутри которых расположен специальный прибор для поглощения солнечного света. Их главное преимущество заключается в использовании вакуума как идеального теплоизолятора, что позволяет значительно сократить теплопотери при использовании коллектора.
Данный вид коллекторов бывает двух типов: с косвенной теплопередачей и прямоточные. Устройства с косвенной теплопередачей предназначены для годичного использования, в то время как прямоточные модели подходят только для применения в теплый период года - с апреля по сентябрь.
Лучи солнца, которые попадают под большим углом, не могут быть использованы эффективно в качестве источника энергии неподвижными солнечными коллекторами весной, летом и осенью, когда дневной ход солнца превышает 120 градусов. Однако, можно повысить эксплуатационные температуры до уровня от 120 до 250 градусов Цельсия, если использовать концентраторы вместе с поглощающими элементами и параболоцилиндрическими отражателями в солнечных коллекторах. Концентраторы направляют солнечные лучи, увеличивая их количество на панели. Однако, для получения еще более высоких температур требуется использовать устройства, следящие за солнцем. Это решение является слишком дорогостоящим и применяется в основном в промышленных целях.
Возможности солнечных воздушных коллекторов
В настоящее время солнечные воздушные коллекторы становятся все более популярными при использовании в качестве источника тепла. Они просты в эксплуатации и применяются для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Конструктивно представляют собой простые плоские устройства с поглотителем. Воздух подается в коллектор и проходит через поглотитель благодаря вентилятору или естественной конвекции.
Некоторые эксперты указывают на недостаток использования вентиляторов, который заключается в дополнительных затратах энергии. Однако, существуют модели с оптимизированным расходом энергии, что делает их экономически эффективными и энергосберегающими.
Стойкость солнечных коллекторов является важным аспектом выбора. Обычно срок службы составляет от 15 до 30 лет в зависимости от типа и производителя. Однако, дешевые азиатские модели не всегда гарантируют достаточную надежность и долговечность, поэтому лучше выбирать изделия от проверенных немецких производителей, которые могут прослужить и дольше обозначенного срока.
Высокая эффективность солнечных коллекторов для дома зависит от правильного расчета мощности. При этом важно знать несколько параметров, таких как площадь поглощения, величину инсоляции в вашей местности и КПД самого коллектора.
Предположим, что вам нужен коллектор площадью примерно 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения в размере 0,15 кв. м. Для того, чтобы рассчитать получаемую мощность за 1 день, необходимо использовать следующую формулу: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт•час/кв. м.
Если предположить, что в доме есть вакуумные трубки теплового коллектора, то в среднем за сутки одна трубка вырабатывает 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные месяцы (летние) выпуск тепла возрастает и может достигать 0,545 кВт•час.
Интересный факт заключается в том, что, согласно данным статистики, для одного человека в домашнем хозяйстве, нужно потратить от 2 до 4 кВт тепловой энергии на использование горячей воды ежедневно.
Распространенность использования солнечных коллекторов по всему миру по меньшей мере уже несколько десятилетий не вызывает сомнений. Однако в России эта технология все еще остается новинкой. Несмотря на то, что настоящий бум солнечных коллекторов случился в 1970-е годы, во время нефтяного кризиса, их начали применять во многих странах, от США до Японии. Например, в настоящее время в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы. С мощностью более 200 гигаватт тепловой энергии общей мощности мира, это число теперь продолжает расти.
В других странах, таких как Германия, использование солнечных коллекторов оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. Однако в России данный показатель остается крайне низким - всего 0,2 кв. м/1000 чел.
Многие могут спросить, целесообразно ли использование солнечных коллекторов в России, где климат не такой теплый и солнечных дней гораздо меньше, чем в южных широтах? Однако расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода не может помешать эффективной эксплуатации коллекторов. В зоне среднего климата России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади, а максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, установка солнечного коллектора площадью 2 кв. м будет прогревать воду в баке емкостью 100 л до температуры свыше 37 C. А в теплые месяцы коллектор будет работать даже более эффективно.
Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, а также для обеспечения энергией теплиц. Их легко интегрировать в любую сеть водо- или теплоснабжения и установить. Используя солнечные коллекторы, можно существенно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать даже бесплатную горячую воду. Надежность производителей солнечных коллекторов достигается благодаря таким компаниям, как FUTUS-NUKLEON (Австрия, Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), а также немецким компаниям Wolf и Vaillant. Эти бренды предлагают надежную продукцию, которая постоянно совершенствуется и дополняется новыми технологиями.
Гелиоустановки могут стать серьезным шагом на пути к экономической выгоде и экологической чистоте. Коллекторы могут быть разных типов, с разными уровнями сложности системы, мощности и производительности, и всё это сказывается на их стоимости. Если говорить о небольших установках для частных домов, то их стоимость начинается от 160 000 рублей за базовую комплектацию, предназначенную для нагрева воды и с мощностью около 2 кВт•ч. В свою очередь, более мощные системы с несколькими коллекторами (общей мощностью около 6 кВт•ч), которые предназначены для отопления дома, могут обойтись в 270 000 рублей. Естественно, к этим расходам нужно добавить стоимость монтажа и наладки.
Однако, стоит заметить, что окупаемость гелиоустановки напрямую зависит от режима эксплуатации. В отопительный период она в среднем на 25% поддерживает отопление помещения и на 80-90% в летние месяцы обеспечивает горячую воду. Срок окупаемости гелиоустановки может варьироваться от 2 до 8 лет в зависимости от расходов на тепло и горячую воду. Эти цифры свидетельствуют о том, что использование технологии в России становится всё более целесообразным и перспективным с экономической точки зрения.
Фото: freepik.com