Многих из нас беспокоят постоянно растущие цены на отопление и горячее водоснабжение и заставляют задуматься о том, как можно сократить расходы на электроэнергию либо свести их к нулю. Но есть ли способ снижения затрат на электроэнергию, который также будет экологически безопасным? Использование солнечных коллекторов – это ответ.

Такие коллекторы, называемые также гелиосистемами, способны аккумулировать солнечную энергию для нагрева воды. Установка такой системы позволяет дополнительно поддерживать тепло в доме весной и летом. Отмечается, что обладатели таких систем получают горячую воду и тепло абсолютно бесплатно.

Устройство и принцип работы

В основе любого солнечного коллектора лежит практически один и тот же принцип: металлические пластины, окрашенные в черный цвет, помещаются в корпус из стекла или пластика и устанавливаются на крышу дома. Это позволяет накапливать солнечную энергию, превращая ее в тепло. Коллектор представляет собой своеобразную теплицу, которая согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной.

При использовании солнечного коллектора, чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше эффективность работы устройства. Но, несмотря на то, что принцип работы для всех коллекторов один и тот же, конструкция устройств может отличаться в зависимости от их типа и сферы применения.

Накопительный резервуар наполняется нагретой водой, которая используется в дальнейшем для нужд дома. Тем временем, неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. Как правило, вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 градусов по Цельсию.

Типы и характеристики бытовых солнечных коллекторов для отопления и нагрева воды

Представленная схема работы бытового коллектора для использования солнечной энергии упрощена. Но на деле, конструкция солнечных систем намного сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов с их собственными конструктивными особенностями.

Как правило, бытовые солнечные коллекторы выполняют одну из двух функций: нагрев воды или отопление. Перед выбором типа коллектора стоит учитывать его конструкцию, где и как будет использоваться, а также климатические условия места, где он будет установлен.

Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов бытовых солнечных коллекторов:

1. Плоские коллекторы

Этот тип наиболее простой и имеет плоскую структуру. Он состоит из стеклянной панели, куда попадает солнечный свет, а также проходящей через нее жидкости, которая прогревается и используется для отопления или нагрева воды.

2. Трубчатые коллекторы

Такие коллекторы имеют тубусную конструкцию, что позволяет им собирать энергию солнца с большей удельной эффективностью по сравнению с плоскими коллекторами. Данный тип коллектора подходит для использования в регионах с небольшим количеством солнечных дней.

3. Вакуумные трубки

Это наиболее эффективный вид бытовых солнечных коллекторов. Каждый коллектор содержит несколько рабочих вакуумных трубок, которые собирают и сохраняют энергию солнца для различных нужд. Такие коллекторы могут работать даже при низких температурах и в условиях облачной погоды.

Независимо от выбранного типа бытового солнечного коллектора, он является экологически чистым и экономичным и сможет обеспечить Вас необходимой энергией для Ваших нужд.

Плоские солнечные коллекторы, представляющие собой один из наиболее распространенных типов, являются более доступным вариантом, однако, по сравнению с другими моделями, они теряют больше тепла. Коллекторы данного типа состоят из нескольких основных элементов. В частности, плоскостной поглотитель – это металлический лист, покрытый специальной краской, которая предоставляет темную окраску. Этот лист соединен с теплопроводящими трубами и является ответственным за накопление солнечных лучей и перевод их в форму тепловой энергии. После этого полученное тепло передается жидкости-теплоносителю, который содержит воду и гликоль. Эта жидкость направляет полученное тепло в солнечный аккумулятор. Кроме того, в коллекторе присутствуют прозрачные стеклянные панели, которые защищают поглотитель от негативного воздействия окружающей среды и создают парниковый эффект, а также теплоизоляционный материал, выполненный из минерального волокна, который играет аналогичную роль и снижает возможные потери тепла.

Трубчатые вакуумные солнечные коллекторы производятся с использованием стеклянных трубок внутри каждой из которых располагается устройство, которое абсорбирует солнечный свет. Благодаря вакуумному состоянию, которое является идеальным теплоизолятором, теплопотери в таких коллекторах значительно сокращаются. Различают два вида таких коллекторов в зависимости от метода нагрева - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Коллекторы первого типа предназначены для эксплуатации в любое время года, тогда как второй тип рекомендуется использовать только в теплый период 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.

Солнечные воздушные коллекторы - это тип устройств, предназначенных для использования в целях нагрева воздуха. Они представляют собой простые плоские коллекторы, которые можно использовать для отопления помещений или сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух, который необходимо нагревать, проходит через поглотитель. Этот процесс может осуществляться как с помощью естественной конвекции, так и за счет воздействия вентилятора. Однако следует учитывать, что использование вентиляторов может потребовать дополнительных затрат энергии на их работу.

Кроме того, стоит отметить, что срок службы солнечных коллекторов может колебаться от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Однако дешевые продукты от азиатских производителей могут быть менее надежными, в то время как продукция от лучших немецких компаний может прослужить еще дольше заявленного срока.

Как рассчитать мощность солнечного коллектора для дома

Солнечные коллекторы могут быть эффективным решением для обеспечения дома теплой водой. Однако, чтобы правильно рассчитать мощность коллектора, нужно учитывать несколько факторов - площадь поглощения, величину инсоляции и КПД коллектора.

Допустим, вы используете коллектор площадью 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Чтобы вычислить получаемую мощность коллектора за один день, необходимо умножить площадь поглощения одной трубки на величину инсоляции для вашего региона (в Московской области это примерно 1173,7), а затем умножить полученное значение на коэффициент полезного действия (КПД) солнечного коллектора. В случае описанного коллектора, мощность будет вычисляться так: 0,15 × 1173,7 × 0,67 = 117,95 кВт•час/кв. м.

Если рассчитать мощность одной вакуумной трубки теплового коллектора за один день, то она составит примерно 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные летние месяцы, мощность возрастет до 0,545 кВт•час.

Важно помнить, что в среднем для использования горячей воды на одного человека в домашнем хозяйстве требуется от 2 до 4 кВт тепловой энергии в день. Эту информацию нужно учитывать при выборе и установке солнечного коллектора.

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.

Цена гелиоустановки для дома зависит от типа коллектора, сложности системы и мощности, а также от производителя. Например, относительно небольшие установки с номинальной мощностью около 2 кВт•ч для частных домов, коттеджей и дач в базовой комплектации стоят от 160 000 рублей. Более мощные системы, объединяющие несколько коллекторов общей мощностью около 6 кВт•ч и предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в зимний период, будут стоить 270 000 рублей. Стоимость монтажа и настройки прибавляется к этим ценам.

Вопрос об окупаемости коллектора часто возникает у потенциальных покупателей. Срок окупаемости напрямую зависит от режима эксплуатации. Солнечные коллекторы годятся для поддержания отопления в отопительный период лишь на 25%, а для горячего водоснабжения в летние месяцы — на 80-90%. Окупаемость соответственно зависит от ежемесячных расходов на тепло и горячую воду. В целом, срок окупаемости гелиоустановок колеблется от 2 до 8 лет. Это является доказательством экономической целесообразности и перспективности использования технологии в России.

Фото: freepik.com