Система под давлением «универсал»

Виды солнечных коллекторов

Сегодня на рынке продукции возобновляемой энергетики конкурирует множество производителей как известных во всем мире брендов, так и кустарных производств, преимущественно расположенных на территории Китая. Здесь нет ничего удивительного, ведь сделать солнечный коллектор для нагрева воды возможно собственноручно – главное, обладать знаниями о принципе работы такого устройства, произвести расчет необходимой мощности на выходе, правильно подобрать контроллеры к ним. Как сделать солнечный коллектор, можно разобраться, почерпнув информацию из огромного ее объема, имеющегося в глобальной сети. В зависимости от окружающих природных условий и нужд (зимой или летом, дом или дача). Осуществив расчет обогреваемой площади, можно применять вакуумный солнечный коллектор, который работает по принципу воздушной камеры. Если вы имеете в собственности большой загородный дом, у вас есть баня и бассейн, то в последнем вы можете разогреть воду, используя солнечный коллектор для бассейна.

Вакуумный солнечный коллектор можно использовать для разогрева воды в бассейне

Конструкция этого представителя возобновляемой энергетики довольно проста, можно сделать солнечный коллектор из пивных банок, солнечный коллектор из поликарбоната. Сделать работающий солнечный коллектор своими руками довольно реальная задача для каждого, кто поставил такую цель для себя и сделал расчет на экономию.

Как определиться в выборе между вакуумным и плоским солнечным коллектором

Конечно, сделать самодельный солнечный коллектор или солнечный коллектор из пивных банок, подобрать контроллеры и трубки к ним – довольно интересная задача. Но в этой публикации будут рассмотрены несколько другие варианты решения проблемы. Мы поможем провести расчет и определить, какой вид солнечного коллектора необходим именно в вашем случае, как правильно подобрать контроллеры и трубки. Принимая решение об установке и эксплуатации солнечного коллектора, стоит для себя выяснить основополагающие принципы действия этого устройства. Прибегнув к его помощи, обладатель сможет повысить температуру воды, обогреть здание или свой дачный дом.

Предварительно потратившись финансово, вы в итоге получите энергетическое устройство, которое будет вырабатывать через вакуумные трубки в пассивном режиме экологически чистое тепло. Вы перестанете тратиться на покупку электричества из центральной электрической сети для целей отопления. Внесете свой вклад в общее уменьшение использования ископаемого топлива. Сохраните земные ресурсы, такие как природный газ, нефть, уголь, леса. В результате установки оборудования возобновляемой энергетики, человек вносит свой вклад в поддержание экологического баланса на планете.

Плоские солнечныйе коллекторы на крыше здания

Сравним между собой вакуумные и плоские устройства для нагрева воды

Имея некоторый объем информации в этой области энергетики, вы лучше проведете расчет положительных и отрицательных показателей этих разновидностей коллекторов. Такими знаниями сегодня можно вооружиться, используя наличие большого объема литературы, обратившись за помощью поисковика в интернете. Мы предлагаем сравнить технические характеристики коллекторов.

Критерии выбора оборудования

Основное требование при покупке гелиосистем – правильный расчет мощности.

Сначала определяют, будет система круглогодичной или сезонной:

• Коллекторы сезонного типа состоят из бака накопителя и коллектора. Теплоносителем служит вода. Она замерзает при отрицательных температурах, поэтому использование ее в холодную часть года невозможно.
• Круглогодичные системы могут эффективно использоваться вне зависимости от температуры окружающей среды. В конструкции используется незамерзайка, которая обеспечивает высокий КПД даже в холодные дни.

Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович

Главные критерии подбора мощности оборудования – площадь дома и его географическое расположение. В первую очередь надо знать тепловые потери с квадратного метра, площадь дома, объем теплоносителя в системе отопления. Как правило, системы, рассчитанные на применение для отопления, должны быть специально спроектированы под конкретное здание, поэтому без помощи специалистов в этом вопросе не обойтись.

Для прикидочного расчета можно воспользоваться следующей информацией:

1. Для отопления понадобится бойлер объемом равным 3-х кратному объему теплоносителя в системе отопления.
2. Количество трубок подбирают в зависимости от индивидуальных особенностей строения.

Увеличивать мощность более, чем в два раза не рекомендуется. Это повлечет проблемы с утилизацией тепла летом. Иначе существует опасность развития стагнации системы – одной из проблем гелиоколлекторов. Если из контура забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя.

Он может закипеть, а это приведет к прекращению циркуляции по контуру. После остывания теплоносителя, работа системы возобновится. Но не все теплоносители переносят переход из жидкого состояния в газообразное. Некоторые превращаются в желе, что делает невозможной последующую эксплуатацию контура.

Какой солнечный коллектор установили бы Вы?

ПлоскийВакуумный

Избежать стагнации поможет стабильный отвод тепла:

1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды.
2. Подогрев воды в бассейне.
3. Слив горячей воды.
4. Внешний теплообменник с вентилятором.
5. Сброс тепла в грунт.
6. Изоляция коллектора от солнечных лучей. К примеру, автоматическими рольставнями.

Специалисты советуют переходить на альтернативные источники энергии поэтапно. Это позволит избежать чрезмерных затрат на приобретение и монтаж оборудования, но и предоставит возможность опытным путем проверить их эффективность.

Плюсы и минусы коллекторов с вакуумными трубками

Опыт использования гелиоустановок на территории РФ достаточно продолжительный, что позволяет увидеть реальную картину теплоэффективности систем. При описании достоинств и недостатков учитывают возможности работы в режиме отопления и горячего водоснабжения, технические характеристики и реальные отзывы о вакуумных коллекторах.

Для определения рентабельности важно принимать в расчет сроки окупаемости гелиоустановок, с учетом существующих законов, действующих на территории Российской Федерации

Об эффективности в режиме отопления

Важно помнить, что коллекторы не используются в качестве основного источника тепла в доме. Цель подключения компенсировать определенные энергозатраты

Причем изначально в отапливаемом здании должен быть установлен котел, способный полностью обогреть здание.

Эффективность гелиоустановки определяется тем, на сколько процентов система с солнечными вакуумными коллекторами способна компенсировать затраты на отопление дома. Максимальные показатели достигают 40-50%.

За время эксплуатации в регионах с холодным и средним климатом были выявлены следующие преимущества вакуумного коллектора, по сравнению с плоскими гелиоколлекторами:

• оптимальное соотношение стоимости и теплоотдачи;

теплопотери минимальны, 75% абсорбируемой энергии передается в буферную емкость;

трубчатая гелиосистема способна работать при отрицательных температурах и при низком ультрафиолетовом излучении, что делает возможным всесезонное солнечное отопление с использованием вакуумных коллекторов;

простая установка и демонтаж.

Практика показывает, что в зимнее время года аккумулируемого тепла достаточно для полноценного отопления системой теплых полов. Даже при низкой солнечной активности теплоноситель будет прогреваться до температуры 30-40°C. Водяные полы соответственно будут нагреваться до комфортных 26-35°C.

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

• высокая стоимость — необходимость первоначальных вложений;

жесткие требования к монтажу, при неправильном угле наклона, относительно земли теплоэффективность резко снижается;

обслуживание — еще один недостаток вакуумных коллекторов: в зимнее время года трубки, нередко заметает снегом, их приходится чистить.

В зимнее время года работают исключительно коллекторы с выносным баком. Буферная емкость к которой подключаются вакуумные трубки, используется для обеспечения многовалентных систем отопления.

Использование для горячей воды

Солнечные коллекторы применяются в качестве основного водонагревателя летом и дополнительного в зимнее время года. Система ГВС на вакуумных коллекторах, с апреля по сентябрь, стабильно обеспечивает высокую температуру подогрева жидкости. Установка с прямой теплоотдачей на 30 трубок, способна подогреть около 300 л. воды в течение одного дня, чего более чем достаточно для принятия душа 4-5 человек.

Зимой для нагрева воды мощности может быть недостаточно. В внешних накопительных баках дополнительно устанавливают электроТЭН, предназначенный компенсировать недостаток нагрева. Существуют решения, в которых для подогрева воды гелиосистемы работают одновременно с бойлером.

Горячее водоснабжение от солнечных вакуумных коллекторов, также, как и аналогичная система отопления, требует значительных первоначальных вложений, что и остается главным недостатком. Рентабельность применения достигается при коммерческом использовании гелиоводонагревателей. В гостиницах, кемпингах, отелях окупаемость систем достигается через 3-4 года.

Из чего можно сделать гелиосистему самостоятельно

Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:

• корпус;
• абсорбер;
• теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
• отражатели для фокусировки солнечных лучей.

Заводской коллектор для нагрева воды от солнца работает следующим образом:

• Абсорбция тепла — солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
• Теплопередача — абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
• ГВС — используется два принципа подогрева горячей воды:
  1. Прямой нагрев — горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
  2. Второй вариант — обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения. Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.

Принцип работы, используемый в дорогостоящих заводских гелиосистемах, копируется и повторяется в коллекторах, изготавливаемых своими руками.

Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:

• поликарбоната;
• вакуумных трубок;
• ПЭТ бутылок;
• пивных банок;
• радиатора холодильника;
• медных трубок;
• ПНД и ПВХ труб.

Судя по схемам, современные «Кулибины» отдают предпочтение самодельным системам с естественной циркуляцией, термосифонного типа. Особенность решения в том, что накопительную емкость располагают в верхней точке ГВС. Вода самотеком циркулирует в системе и подается потребителю.

Виды и различия солнечных коллекторов

На сегодняшний день распространение среди промышленно изготавливаемых солнечных коллекторов получили два вида систем:

• плоские солнечные панели;
• вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы.

Плоская солнечная панель

Является распространенным типом солнечного коллектора, используемого в современных системах гелиоэнергетики. Широкое распространение данный тип получил вследствие относительной дешевизны и простоты, как устройства, так и эксплуатации. Недостатком плоских солнечных коллекторов является значительное (до двух раз) понижение КПД в условиях отрицательных температур наружного воздуха.

Конструкция плоского солнечного коллектора.

Конструктивно представляет собой панель с площадью поглощающей поверхности 2-2,5 м2, выполненную из алюминиевых или стальных сплавов. Лицевая часть выполнена в виде листа специального гелиостекла, что обеспечивает максимальное поглощение энергии солнечного света и минимальные потери энергии с отраженными и рассеянными лучами. Непосредственно под гелиостеклом расположен поглотитель, выполняемый в виде плоской трубки из медных или алюминиевых сплавов, имеющих высокий коэффициент теплопередачи.

Трубка, как правило, имеет радиальное оребрение, что значительно повышает коэффициент теплопередачи поглотителя. На поглотитель наносится покрытие с высоким коэффициентом поглощения в спектрах теплового излучения, что повышает общий КПД коллектора. Под поглотителем располагается слой тепловой изоляции, уменьшающий тепловые потери системы в окружающую среду. Необходимая тепловая мощность солнечного коллектора достигается включением нескольких панелей в единую солнечную батарею или коллектор.

Вакуумный (вакууммированный) трубчатый коллектор

Дорогостоящий вид солнечного коллектора вследствие сложного изготовления и ряда преимуществ перед плоскими солнечными панелями. Конструктивно представляет собой ряд парных стеклянных труб, спаянных между собой, из пространства между которыми откачан воздух. Вакуум в пространстве между трубками является прекрасным тепловым изолятором и предотвращает тепловые потери в окружающую среду от теплоносителя. В меньшую трубу вводится медная, алюминиевая или стеклянная трубка поглотителя. Трубы верхней частью вводятся в распределитель, в котором циркулирует теплоноситель. Вакуумные (вакуумированные) трубчатые коллекторы по типу распределителя подразделяются на два типа: с плоской тепловой трубой и прямоточные.

Коллекторы с плоской трубой

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор с плоской тепловой трубой — конструкция.

Представляют собой рекуперативный теплообменник, расположенный в распределителе. В этом случае теплопередача от нагретого теплоносителя вакуумной трубы к теплоносителю циркуляционного контура теплоснабжения здания происходит через стенку и теплоносители этих контуров не смешиваются. Преимущества перед прямоточными коллекторами состоят в сохранении высоких показателей работы при температуре окружающей среды до -45оС, возможности замены отдельной вакуумной трубки, вышедшей из строя, без разбора коллектора и прекращения его работы, а также в возможности регулирования угла установки каждой вакуумной трубки в пределах одного коллектора.

Прямоточные коллекторы

Прямоточный вакуумный трубчатый солнечный коллектор — конструкция.

Объединяют циркуляционный и обогревающийся контур. В распределителе проходят подающий и циркуляционный трубопроводы, к которым непосредственно присоединяются вакуумные трубки. Теплоноситель подается в распределитель по подающему трубопроводу, из которого попадает в вакуумную трубку, где проходит обогрев. Нагретый теплоноситель возвращается в обратный трубопровод и уходит непосредственно на нужды теплоснабжения. Преимущества прямоточных коллекторов перед вакуумными состоят в отсутствии промежуточной стенки между теплоносителями, что снижает тепловые потери и в возможности устанавливать коллектор на любых поверхностях под любыми углами, поскольку циркуляция теплоносителя в пределах всего коллектора будет осуществляться насосом.

Особенности вакуумных коллекторов

Эффективная работа таких устройств возможна только в случае соблюдения рекомендаций производителя. Для начала нужно смонтировать систему под углом, рекомендуемым изготовителем. Не стоит забывать и о безопасности. Летом нагрев теплоносителя может достигать 300 градусов по Цельсию. Поэтому обязательно нужно сделать теплоизоляцию контура, где он циркулирует. Кроме того, для таких трубопроводов нужно использовать только медь или нержавеющую сталь.

Решением проблемы может быть специальная подставка, которая меняет наклон в зависимости от положения солнца. Однако цена подобных конструкций высокая и они делают вакуумный коллектор, и без того дорогой, ещё дороже.

Направление установки солнечного коллектора всегда южное. В северных широтах он устанавливается почти вертикально. Их эффективность в зимний сезон ещё возрастает за счёт поглощения света, отражённого от снега. Установка может выполнять как на крыше, стенах и фасаде, так и отдельно рядом с домом.

Установка электрического или иного типа нагревателя выполняется после вакуумного коллектора. Тогда они будут функционировать в экономичном режиме, доводя температуру жидкости до необходимой уже после подогрева её в коллекторе. Их подключение параллельно будет неправильным.

Рабочие температуры

Коллекторы делятся на виды по температуре рабочей среды:

• низкотемпературные — в них теплоноситель прогревается до 50 градусов. Их используют при подогреве емкостей с водой для полива, устройстве летних ванн и душевых, создании комфорта прохладной весной или осенью и других задачах, не требующих высоких температур;
• среднетемпературные, разогревающиеся до 80 градусов. С этой отметки гелиоколлектор можно использовать для отопления помещений (в том числе зимой), и подобные варианты распространены в проектах частных домов;
• высокотемпературные, где носитель нагревается вплоть до 300 градусов. Такие системы применяют в коммерческих зданиях, цехах и других подобных местах. Высокотемпературные комплексы нуждаются в сложном механизме аккумулирования и передачи тепла и занимают много места, из-за чего мало пригодны для частно-бытовых задач. Кроме того, они трудоемки в изготовлении и монтаже, требуют особого инструмента и соответствующих навыков.

Принцип работы вакуумного агрегата

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Вакуумный солнечный коллектор, размещенный на крыше частного дома, будет обеспечивать горячей водой жильцов на протяжении всего года, а в сезон холодов позволит комфортно отапливать помещение, не затрачивая на это больших финансовых средств

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Установка солнечного отопительного коллектора

Солнечный отопительный коллектор вместе с системой аккумуляции тепла и теплообменным контуром в сборе представляет собой довольно сложную технологическую систему. Комплекты такого оборудования оснащаются подробными инструкциями по установке, также в сети Интернет можно найти подробные видеоуроки. Но перед покупкой и установкой солнечного коллектора необходимо составление проекта отопительной системы. В этот процесс обязательно нужно привлекать специалиста, который произведет необходимые расчеты материалов и оборудования.

Использование альтернативных источников энергии может существенно снизить затраты на содержание вашего дома, более того, оно может сделать вас независимыми от поставщиков традиционной энергии.

Металлический абсорбер

Для изготовления абсорбера понадобится лист алюминия толщиной не более 1 мм. длина его должна быть меньше глубине колбы на 5-10 см. Что касается ширины – ее рассчитайте по такой формуле:

L = 6,28 х R + R

В формуле:

• L – искомая ширина алюминиевого листа;
• R – внутренний радиус вакуумной трубки (половина диаметра).

Края получившейся полосы алюминиевого листа нужно согнуть под углом на 90 градусов (см. рис). Расстояние от краев полосы до сгиба – 3/4 радиуса трубки. После этого среднюю часть согните в круг так, чтобы абсорбер принял форму, как показано на рисунке.

Поперечное сечение алюминиевого абсорбера.

Создание солнечного коллектора вакуумного типа своими руками

Создание подобной конструкции в домашних условиях процесс довольно сложный и требует высокой степени подготовки. Главная трудность сооружения такого агрегата заключается в создании внешнего блока.

Вакуумирование колбы и теплоприемник сделать без сложного оборудования невозможно, поэтому их проще купить в заводском исполнении

Качественные вакуумирование колбы, содержащей внутри еще и теплоприемник, требует не только мастерства, но и наличия сложного оборудования. Выполнить такую операцию в кустарных условиях невозможно, поэтому в приведенной инструкции будет описан способ с использованием колб заводского выпуска. Но и здесь есть свои сложности. Работы по их монтажу требуют высшей степени аккуратности.

Саму технологию сборки можно разбить на несколько этапов:

• Прежде всего, нужно соорудить раму, на которую будут крепиться внешние конструктивные элементы. Производить сборку лучше всего непосредственно по месту запланированной установки конструкции. Как правило, их размещают на крыше.
• После сборки рамы необходимо ее надежно закрепить. Особенности используемого способа крепления будут зависеть от характеристик самой кровельной конструкции. Важным этапом, общим для всех видов крыш, является герметизация отверстий, проделанных для закрепления каркаса.
• На следующем этапе необходимо установить накопительный бак, который будет выполнять задачу по аккумуляции тепла. Для этой цели нужен объемный резервуар и его установка потребует применения спецтехники, либо привлечения дополнительной рабочей силы. Также на этом этапе устанавливается насосная станция.
• Далее необходимо провести монтаж вспомогательных узлов и агрегатов, таких как ТЭН, датчик контроля температуры и воздуховод.
• Теперь необходимо провести закладку труб, по которым будет циркулировать теплоноситель. Трубы должны быть выполнены из материала устойчивого как к высоким, так и к низким температурам. Оптимальным вариантом будет использование полипропиленовых каналов.
• После монтажа трубопровода необходимо провести его проверку на герметичность в комплексе с накопительным баком. В случае обнаружения течей, перед продолжением работ их стоит устранить и провести повторную проверку.
• Далее производится установка трубок теплоприемника. Так как используются заводские изделия, необходимо внимательно ознакомиться с прилагаемой к ним инструкцией по монтажу. На данном этапе нужно попытаться просчитать все возможные нюансы, ведь допущение ошибки приведет к большим экономическим затратам. Эти изделия довольно-таки дороги.
• На следующем этапе производится установка монтажного блока и подключение его к электросети. Затем к нему подключаются вспомогательные узлы и агрегаты, установленные ранее. Далее к монтажному блоку подключается блок-контроллер, необходимый для мониторинга за состоянием всей системы.
• Завершающим этапом установки солнечного коллектора вакуумного типа станет проведение пусконаладочных работ. С их помощью выявляются и устраняются все допущенные при монтаже огрехи.

Завершение установки коллектора не означает, что о нем нужно раз и навсегда забыть. Для долгой и эффективной службы агрегата необходимо регулярно проводить его проверку и обслуживание.