Солнечный коллектор – что это такое, устройство, принцип работы, характеристики, какие есть виды?
Современный солнечный коллектор – это экологически безопасный и бесплатный источник энергии. Постоянный рост стоимости отопления и горячего водоснабжения заставляет пользователей искать способы экономии. С солнечным коллектором возможно не только снизить издержки на электроэнергию, но и свести их к нулю.
Что такое солнечный коллектор?
Солнечное излучение – доступный источник тепла. Коллектор (или гелиоустановка) способен эту энергию преобразовать и направить на подогрев воды. Все больше хозяев рассматривают его в качестве вспомогательного источника тепла для жилища. Обладатели солнечных коллекторов могут получать горячую воду и организовать отопление совершенно бесплатно.
Солнечный коллектор – устройство
Традиционно коллектор от солнца представляет собой пластины черного колера, заключенные в каркас из стекла либо пластика. Монтируются они на крыше дома. Интересно разобраться, из чего состоит солнечный коллектор:
- Пластины на крыше, под которыми скрыты трубы.
- Теплообменного контура.
- Аккумулятора тепла (бачка с водой).
Через тепловой коллектор циркулирует вода. В установке обязательно присутствует бак-аккумулятор (накопитель). В нем зачастую устанавливают нагреватель – дублер. В случае понижения температуры(пасмурная погода либо малое количество солнечных дней зимой) в баке накопителе, элемент автоматически срабатывает и доводит воду до приемлемой температуры.
Солнечный коллектор – принцип работы
По сути водяной солнечный коллектор – это миниатюрная теплица, которая аккумулирует энергию солнца. Она согревает жидкость, циркулирующую по трубам, замаскированными под пластинами. Чем больше энергии поступает к теплоносителю, тем значительнее его эффективность. Принцип работы солнечного коллектора:
- Солнце прогревает жидкость в коллекторе.
- Тепловая энергия передается через теплообменник в бак-аккумулятор.
- В нем находится горячая вода. Здесь важна хорошая изоляция.
- Нагретая вода аккумулируется вверху бака и отбирается на потребительские нужды через выходные отверстия.
- Холодная вода из водопровода поступает в низовую часть бака.
Система простейшего солнечного коллектора считается пассивной и не привязана к электроэнергии. Прогретая жидкость перемещается между теплоприемником и баком-аккумулятором по принципу простой конвекции благодаря известному правилу – горячая жидкость постоянно поднимается вверх. В более сложных установках может использоваться и принудительная циркуляция воды – тогда устанавливается станция управления.
Солнечный коллектор – характеристики
Как и любое отопительное устройство, солнечный коллектор наделен следующими характеристиками:
- Производительность. Зависит от площади коллектора, количества трубок под пластинами – в среднем за сутки одна трубка выдает 0,325 кВт/ч.
- Теплоноситель. Встречается два вида – жидкость или воздух.
- КПД солнечного коллектора должен быть как можно выше, у лучших моделей он приближается к 96%.
- Если использовать солнечный коллектор в пасмурную погоду зимой, то его энергопотребление может достигать 250 Вт (в моделях с нагревателем-тумблером).
Солнечный коллектор – применение
Используется солнечный коллектор для отопления, подогрева воды, нагрева бассейнов, снабжения энергией теплиц. Он без проблем интегрируется в любую систему водо- и теплоснабжения и легко монтируется. С помощью коллектора можно существенно сократить затраты на оплату отопления и горячей воды, а летом и вовсе получать ее бесплатно. Если система гелиоустановок сочетается с электрической, то она экономит до 70% расходов.
Виды солнечных коллекторов
Существует много видов солнечных коллекторов. Основные различия можно классифицировать по конструкции:
- плоские;
- трубчатые вакуумные.
Раздичия по принципу работы:
- Самотечные – автономная система без подключения к электросети.
- С принудительным циркулированием – функционируют благодаря работе насоса.
Классификация по виду теплоносителя:
- Жидкостный коллектор – по трубам двигается нагретый солнцем жидкий теплоноситель (вода или гликоль).
- Воздушный солнечный коллектор – когда солнце светит на коллектор, устройство нагревает холодный воздух, в помещение он возвращается уже теплым через отверстия в потолке.
Вакуумные солнечные коллекторы
Современный солнечный тепловой коллектор вакуумный состоит из комплекта стеклянных труб с зеркальным покрытием. Лучи солнца проникают внутрь колб и обратно не выходят. В каждой трубке имеется медная пластина с высоким уровнем поглощения энергии. Она передает тепло теплоносителю. Чтобы энергия не снижалась, в колбах создается вакуум. Потери тепла в таком устройстве сведены к нулю, оно может использоваться и для горячего водоснабжения, и для подогрева воды в системе отопления.
Преимущества вакуумного коллектора:
- Он в 3-4 раза эффективнее плоской модели.
- Может работать в зимнюю пору года.
- Имеет низкую теплопотерю в отличие от плоского.
- Даже при непрямых углах падения света они работают нормально.
Плоский солнечные коллекторы
Более дешевый солнечный коллектор для нагрева воды – плоский. Он представляет собой панели с расположенными на них пластинами, проводящими тепло. Их обрабатывают покрытием, благодаря которому УФ-лучи поглощаются и удерживаются. Для внешнего слоя используются матовое стекло или пластик. Дно и стены коллектора покрывают теплоизоляцией во избежание утечки тепловой энергии. Плоские установки привлекают дешевизной. Из-за высоких теплопотерь они подходят для сезонного использования или теплых климатических зон.
Принцип работы:
- Солнечный свет через стекло пробивается к пластине.
- Пластина нагревается, передавая тепло теплоносителю (воде или гликолю).
- Теплоноситель отдает тепло в бак через теплообменник.
Трубный солнечный коллектор
Вакуумный коллектор для отопления дома еще называют трубным. По виду колб установки встречаются разные:
- Перьевые трубки считаются самыми эффективными, состоят из одной колбы, снабжены усилителем – гофрированной пластиной с энергопоглощающим напылением. Вакуум располагается прямо в тепловом канале.
- Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с созданным между ними вакуумом. Внутри – слой теплопоглощающего покрытия и медная трубка с эфирным составом. При нагреве он испаряется, отдавая тепло, и стекает вниз колбы, после цикл повторяется.
- Прямоточные U-образные трубки. Теплообменник имеет вид буквы U, внутри циркулирует жидкость. Одна часть элемента предназначена для холодного теплоносителя, вторая – отводит уже нагретый.
Как выбрать солнечный коллектор?
Чтобы подобрать солнечный коллектор для нагрева воды, следует принять в расчет следующие факторы:
- Место установки. Есть устанавливаемые поверх покрытия варианты и встраиваемые в крышу модели.
- Температура окружающей среды. В холодном климате эффективность вакуумных трубчатых коллекторов выше, чем плоских.
- Суточный объем потребляемой воды. Чем он больше, тем большей площади коллектор понадобится. Расчет ведется из расчета 100 л на 1 человека.
- Характер использования – коллектор будет отвечать лишь за нагрев воды либо еще и за отопление. Во втором случае теплоноситель должен вмещать трехкратный объем жидкости, циркулирующей в батареях.
Солнечный коллектор – рейтинг
Лучшие производители солнечных коллекторов:
- Vaillant. Германский производитель выпускает плоские модели с КПД 74-78%. Монтируют их наклонно или горизонтально. Вакуумные устройства могут иметь 6 или 12 трубок. Это солнечные коллекторы для отопления дома, круглогодичной работы в системах ГВС. Модели легко компилировать в блоки для получения нужной производительности.
- Baxi. Компания производит плоские коллекторы площадью 2-2,5 м². С одной стороны они защищены градоустойчивым гелиостеклом, с другой – минватой в качестве изоляции. Устройства предназначены для круглогодовой эксплуатации. Возможна состыковка до 10 коллекторов в единый блок.
- Atmosfera. Компания производит модели вакуумного типа с 20 или 30 трубками. Все коллекторы имеют внутренний медный теплообменник и наружный корпус из анодированного алюминия. Предназначены для всесезонной эксплуатации в сетях ГВС и отопления.
Солнечный коллектор своими руками
Самостоятельно можно изготовить гелиоустановку из простых подручных материалов: солнечный коллектор из пластиковых бутылок или алюминиевых банок – самый простой вариант:
- Взять 200 алюминиевых банок, пером по металлу сделать в них большие отверстия с обеих сторон.
- С помощью силиконового герметика банки нужно склеить и уложить в желоб для кровли.
- После высыхания должно получиться 16 прямых труб.
- Из ОСБ и досок делается короб, коронкой вырезаются отверстия для банок, трубы вклеиваются между двумя стенками с отверстиями.
- Короб коллектора нужно утеплить, герметизировать с помощью базальтовой ваты с фольгой.
- Затем нужно сделать герметичные воздуховоды.
- Трубы закладываются в корпус, покрытый эмалью.
- Банки нужно покрасить, покрыть оргстеклом и можно монтировать воздушный солнечный коллектор на стену.
© Orphus