Сонячний колектор для опалення: принцип роботи і типи геліосистем

Кожен хоч раз у житті користувався літнім душем. У спекотні сонячні дні вода в чорній ємності нагорі може виявитися дуже гарячою. Енергія вражаюча, причому дістається за нульовими тарифами. Кмітливі домовласники всерйоз замислюються про те, як більш продуктивно використовувати цей потужний джерело тепла. Деяким вдається створити цілком робочі саморобні геліосистеми, однак зараз не проблема придбати фабричний сонячний колектор для опалення будинку та інших цілей. Про те, наскільки ефективні такі рішення, і як вони реалізуються, поговоримо далі.

Принцип роботи сонячних колекторів

трохи фізики

Сонце – джерело тепла. Промені сонця (видимі і невидимі) переносять велику кількість енергії, тому ультрафіолетове і інфрачервоне випромінювання ще називають радіацією. Світло, що потрапляє на предмети, «всотується» матеріалами, молекули в них починають рухатися швидше, поверхні нагріваються. Це явище і застосовують в системах опалення сонячними колекторами.

Перспективи опалення геліосистемами протягом року

Об’єкти по-різному сприймають сонячне опромінення. Вони можуть бути прозорими для одного виду радіації, які збирають для іншого, і навпаки. Деякі матеріали одночасно вбирають і відображають сонячні промені. Негладкі матові поверхні чорного кольору вловлюють енергію інтенсивніше, ніж світлі, блискучі і гладкі. Більше променів – більше потенційного тепла.

Як гелиосистема «знімає» і використовує сонячну енергію

На відміну від фотоелектричних панелей (сонячних батарей), геліосистема не виробляє електроенергію. Сонячні колектори для опалення будинку самі гріють теплоносій, без допоміжних електричних приладів. Гарячий теплоносій потрапляє в спеціальну ємність, де через теплообмінник передає тепло воді з системи опалення (виходить своєрідний первинний замкнутий контур з незалежної циркуляцією носія). Накопичувальний бак, в свою чергу, інтегрують в опалювальну систему з твердопаливним, дизельним або електричним котлом в якості основного теплогенератора.

Принципове пристрій повітряного сонячного колектора

Є моделі, в яких теплоносієм виступає повітря, що прокачується вентиляторами по системі каналів в задані зони. Вони не так продуктивні, як водяні, але знадобляться для опалення технічних приміщень, теплиць, підготовки повітря системи вентиляції або сушіння сільгосппродукції. Головне достоїнство – всесезонність (немає рідин – немає проблем з їх замерзанням).

Важливо! Опалення від сонячних колекторів – не єдиний варіант застосування сонячної енергії в побуті. Тепло, «вироблене» геліосистемою, використовують для заживлення контуру ГВП, підготовки води в басейнах і інших потреб.

Види сонячних колекторів

По використовуваному теплоносія:

  • Водяні (в основному застосовують антифриз).
  • Повітряні.

Водяні системи в залежності від способу використання теплоносія поділяють на:

  • Пасивні. По суті, це просто водонагрівачами з баком, встановленим на даху чи фасаді будинку. Пасивні пристрої в основному призначені для отримання гарячої води.
  • Активні ( «спліт»). За допомогою трубопроводів з’єднані з окремо вартим акумулює баком, розташованим всередині будівлі, тому втрачають менше тепла і не бояться морозів. Для забезпечення циркуляції в систему встановлюють насоси. Щоб активну опалення на сонячних колекторах працювало круглий рік, накопичувач доукомплектовують Тенамі для підігріву.

Пасивний вакуумний моноблок для сезонного використання

Види водяних колекторів за принципом передачі тепла:

  • Побічної дії. Використовують акумулює бак, підключений до контуру опалення або ГВП.
  • Прямоточні ( «під тиском»). За допомогою кранів і клапанів модуль підключають до водопроводу, тобто холодна вода виштовхує гарячу, як в побутовому електричному бойлері.

За типом конструкції водяні колектори бувають:

  • Плоскі – представляють собою коробчатую панель, дно вкрите теплоізоляційним матеріалом, щоб не втрачати енергію через тильну сторону. На цьому шарі по всій площі розташовується пластина, яка поглинає сонячне світло і нагрівається. У штампованих поглибленнях адсорбирующей пластини (під нею) проходять трубки з теплоносієм. Зверху панель покрита захисним склом.
  • Вакуумні – батареї з паралельних скляних труб, в яких циркулює теплоносій.

Начинка плоского сонячного колектора

Пристрій вакуумного сонячного
колектора для опалення

Розглянемо функціональне навантаження основних комплектуючих вакуумного сонячного колектора для опалення.

  1. Вакуумна трубка – первинний теплообмінник. Зовнішній шар виконаний з міцного прозорого боросилікатного скла. Усередині кожної колби – адсорбер з багатошаровим покриттям, що підсилює поглинання сонячної енергії. Між склом і адсорбером повітря викачане, вакуумна прошарок зберігає тепло, створюючи ефект термоса. У колбі встановлені U-образні або Н-подібні трубки з робочою рідиною.
  1. Бак-акумулятор виступає вторинним теплообмінником. Через змійовик тепло передається теплоносію з основного контуру водяного опалення. У похмурі дні даний елемент дозволяє користуватися накопиченим теплом. У бака подвійний корпус (внутрішній кожух з нержавіючої сталі), простір між стінками заповнено поліуретаном. Часто бак комплектують нагрівальними елементами для штучного підігріву теплоносія.
  1. Контролер призначений для автоматизації роботи колектора. Він приймає показання датчиків і віддає команди: на підживлення системи, на включення Тена або циркуляційного насоса.
  1. Циркуляційний насос забезпечує транспортування теплоносія між тепловою трубкою колектора і виносним накопичувальним баком, завдяки чому на 20-25% підвищується ефективність установки. Іноді для досягнення автономності насоси забезпечуються фотоелектричної панеллю, невелике гідравлічний опір дозволяє використовувати малопотужні напірні пристрої. Зустрічаються також конструкції з природною циркуляцією.

Схема підключення геліосистеми в приватному будинку Елементи вакуумної трубки сонячного колектора

  1. Трубопроводи з запірно-регулюючої арматурою (подаючий і зворотний) з’єднують акумулюючі ємності з колектором.

Важливо! Щоб скоротити тепловтрати, труби контура геліосистеми обов’язково утеплюють рукавами зі спіненого каучуку з товщиною стінок від 20 мм.

  1. Розширювальний бак повинен компенсувати розширення нагрітого теплоносія, оскільки контур сонячного колектора замкнутий. Зазвичай використовують моделі, розраховані на 6-10 атмосфер.
  1. Опорні металоконструкції дозволяють виставити колектор під необхідним кутом до сонця. Раму виготовляють із сталі або алюмінію, вона повинна витримувати пориви вітру до 30 м / с.

Продуктивність опалення сонячними колекторами

Ключову роль відіграє характер інсоляції в конкретній місцевості, наприклад, важливим показником може виявитися висота над рівнем моря. Користувачі з південних регіонів, де більше трьохсот сонячних днів в році, по достоїнству оцінять роботу геліосистеми. Найбільше тепла можна отримати в ясну погоду, коли сонце в зеніті. Увечері і вранці, а також в похмурі дні продуктивність системи неминуче падає. Щоб «спіймати» максимум променів, потрібно правильно встановити колектор: витримати кут нахилу, орієнтувати модулі на південь, усунути можливість затінення (високі сусідні будівлі, дерева).

Вибір оптимального кута установки колектора в залежності від пори року і напрямки

Важливо! Для опалення за допомогою геліосистеми краще відмовитися від радіаторної розводки і віддати перевагу системі теплих підлог, так як для їх роботи потрібен теплоносій з набагато меншою температурою.

Розрахунок сонячного колектора для опалення ґрунтується на кіловатах, які потрібно компенсувати, і реальних технічних умовах. Користувач може зібрати систему з кількох модулів, таким чином збільшивши її продуктивність. Для заводських виробів завжди вказується питома корисна потужність (кВт / м2), Але фактично вона залежить від способу з’єднання колекторів, від витрати теплоносія та інших нюансів. Щоб капіталовкладення не пропали даром, для розрахунків і монтажу зверніться до фахівців.

Ссылка на основную публикацию