Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Схемы подключения коллекторов

Типичные схемы установки коллекторов приводятся без указания типа оборудования

Важно соблюдать основное правило – гелиосистема должна передавать преобразованную солнечную энергию теплоаккумулятору, в качестве которого может выступать буферная емкость отопления или бойлер ГВС, оборудованные теплообменником для подключения солнечного коллектора

Для регионов с суровыми зимами, малой продолжительностью светового дня аккумулятор в обязательном порядке оборудуется косвенным нагревательным элементом, иначе в пасмурную погоду и зимой тепла можно и не дождаться. Схема с самотечной транспортировкой жидкости считается более практичной, но для самостоятельного движения теплоносителя охладитель нужно располагать выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака размещается на расстоянии минимум 0,5 м выше, чем верхняя точка гелиосистемы.

Если бойлер размещен в верхней части чердака, подойдет схема расположения коллектор на крыше. Трубы следует обернуть теплоизоляционными материалами толщиной до 100 мм, а для снижения гидравлического сопротивления системы применяются трубы большего диаметра.

При системе, в которой коллектор прогревает бойлер косвенного нагрева (в прогревании также участвует и котел), целесообразнее применять насос и установить бойлер в котельной возле котла.

Если применяется схема подключения гелиосистемы на буферную теплоаккумулирующую емкость, например, для круглогодичного использования системы и прогрева солнечной энергией всей системы отопления в доме, подойдет такой вариант размещения.

Для существующих систем отопления в доме применяется следующий вариант интеграции оборудования. Таким образом солнечный коллектор подключается на отдельный бак-аккумулятор, менять оборудование не придется.

Для обустройства системы пригодится аварийный клапан повышенного давления, расширительный бак объемом от 0,1 объема контура и автоматический воздухоотводчик. Для предупреждения ухода воды из бойлера нужно смонтировать на холодный трубопровод обратный клапан. Монтаж обязательной автоматики управления циркуляционными насосами приводит к удорожанию проекта, но в противном случае систему придется включать и отключать вручную, например, когда нагрева от солнца нет.

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

  • автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
  • срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
  • отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
  • возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
  • легкая интеграция в существующий комплект отопления;
  • отсутствие грязи, отходов;
  • снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
  • оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

  • высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
  • на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Критерии выбора коллектора

Если в планы входит купить вакуумный коллектор для отопления, стоит обратить внимание на ряд нюансов, которые помогут определиться с моделью:

1. Для плоской крыши подходит трубчатая гелиосистема. При большой парусности она будет держаться прочно и устойчиво.

2. Изучая технические характеристики, нужно учесть количество трубок, их тип, размеры, площадь оборудования.

3

Также важно знать объем жидкости, габариты прибора, поверхность абсорбера, качество стекла колб и толщину изолятора

4. Для расчета реальной производительности необходимо выяснить площадь отопления, количество теплопотерь, особенности климата, потребление горячей воды в сутки.

5. При приобретении коллектора также нужно учитывать дополнительные расходы на установку комплектующих: бака, аккумулятора и обменника.

Мнения пользователей

Несмотря на довольно высокую стоимость, гелиоустановки получили большую заинтересованность, о чем свидетельствуют отзывы владельцев, которые воспользовались подобными системами отопления:

«В целях экономии пришлось обратить внимание на солнечные коллекторы для применения в частном пансионате. В сезон расход горячей воды довольно большой, понадобилось выбирать альтернативный способ подачи ГВС и обогрева

Китайский производитель Shentai предлагает купить технику по приемлемой цене, поэтому я остановился на их продукции, тем более, что отзывы, в основном, положительные. Согласно расчетам, мне рекомендовали необходимую мощность, доставили и монтировали все оборудование быстро. По сравнению с затратами на бойлер в каждом номере экономия получилась колоссальная. Недостатков и проблем в работе не наблюдалось».

Евгений Гончар, Краснодар.

«Сейчас все люди стараются перейти на более выгодный источник отопления. Доверившись отзывам, мы также заказали коллектор фирмы Paradigma для своего коттеджа. Сначала использовали, как запасной вариант, через год убедились в эффективности и полностью перешли на обеспечение дома гелиосистемой. Переживали, что трубки могут повредиться от непогоды или ветра, но они прочные, не боятся даже урагана. Благодаря системе накопления можно не волноваться по поводу прекращения работы. Недостатков не нашли, мы довольны своим выбором, хоть и цена немаленькая».

Ангелина, Москва.

«Поставили коллектор от компании Анди Групп марки SCH-18, так как отзывы о фирме хорошие. Я не очень разбираюсь в технических особенностях, выбирал устройство муж. Но мне нравится, что оно проработало всего сезон, а экономия уже ощущается. Правда, в этом году было много солнца, поэтому накопление энергии практически не прерывалось. Единственный недостаток – не всегда хватает мощности, отопление функционирует хорошо, а с расходом горячей воды приходится быть сдержаннее, так как семья большая. Посмотрим, как коллектор покажет себя в дальнейшем».

Марина, Ростов-на-Дону.

«Я работаю в частном детском саду. Владелец два года назад установил на крыше гелиосистему Micoe. Постоянно требуется расход горячей воды и в помещениях должна быть оптимальная температура, а это приличные затраты. С новым оборудованием получается полностью обслуживать отопление, подавать горячую воду без перебоя, еще и нагревать бассейн. Даже ночью все системы функционируют отлично. Так как недостатков я не увидела, думаю купить такой же прибор для своего дома, тем более, что цена приемлемая. Только нужно почитать обзоры, чтобы выбрать подходящую модель».

Дарья, Екатеринбург.

Стоимость

У всех компаний существует свой диапазон цен на солнечные коллекторы вакуумного типа

При закладке бюджета на гелиосистему для отопления важно произвести предварительные расчеты и определиться с подходящим вариантом. Приблизительная стоимость указана в таблице:

Компания, производитель, модель Площадь поглощения, м2 Количество трубок Габариты, мм Вес, кг Цена, рубли
Micoe, Китай

SZ47

MZ58

 

1-3

1,5-4

 

10-30

10-30

 

1700×1000/2300×150

2200×1000/2700×155

 

30-75

40-115

 

20 000-40 000

25 000-50 000

Анди Групп, Россия

Дача XF-II

Универсал CP-II

SCH-18

0,55-0,8

2-5

2,3

10-200

15-35

18

2350х1000/2050/160

2350х1300/3200/160

2020х1640х155

50-100

65-170

55

20 000-50 000

60 000-120 000

30 000-35 000

Paradigma, Германия

CPC Star Azzuro

Titan Plus

2,9-5

3-6

14-45

20-50

1060х1060/2050х120

1100х1200/2200х140

39-72

50-120

120 000-150 000

140 000 -170 000

Shentai, Китай, Нидерланды

SCM 58

STH 200

1,5-2

2-4

10-40

15-45

2300х1000/2200х150

2300х2000/2200х120

40-80

50-120

30 000-50 000

60 000- 80 000

Viessman, Германия

Vitosol 200-T

Vitosol 300-T

2,7-3

3-3,7

20-40

20-40

1500х2050/3000х150

1500х2050/3000х150

60-70

60-80

225 000- 300 000

350 000 -420 000

Разновидности солнечных коллекторов – какими они бывают?

Под коллекторами понимают устройства, которые способны поглощать солнечную энергию, модифицировать ее в тепло, а затем отправлять на теплоноситель. Стандартный солнечный коллектор выполняется в виде пластмассового либо металлического корпуса, в который устанавливают пластины черного цвета из металла. Эти пластинки могут нагреваться до какой-либо определенной температуры.

В зависимости от ее величины, коллекторы делят на высоко-, средне- и низкотемпературные. Высокотемпературные устройства изготовить в домашних условиях нереально. Они создаются по сложным технологиям для эксплуатации на промышленных крупных объектах. Среднетемпературные конструкции, аккумулирующие достаточное количество солнечной энергии, можно применять для отопления жилых домов, а низкотемпературные – для подогрева воды. Эти два типа коллекторов вполне возможно сделать самому.

Интересующие нас устройства подразделяют на следующие виды:

  • плоские;
  • накопительные;
  • воздушные;
  • жидкостные.

Солнечный коллектор на крыше

Плоский коллектор – это конструкция в виде ящика из металла с пластиной для поглощения света от Солнца. Она накрыта крышкой из стекла с небольшим содержанием железа, за счет чего на тепловоспринимающую пластинку попадает практически весь солнечный свет. Конструкция обязательно термоизолируется. Коэффициент полезного действия такого коллектора объективно мал – около 10 %. Увеличить его можно посредством нанесения специального полупроводника с аморфными характеристиками на пластину. Такие устройства годятся для нагрева воды в быту.

Более эффективным считается термосифонный (накопительный) коллектор. Его используют для нагрева воды и поддержания температуры на заданном уровне в помещении в течение некоторого времени. Конструктивно он выполняется в виде 1–3 баков, устанавливаемых в ящик с теплоизоляцией. Как и плоское устройство, его накрывают крышкой из стекла. В холодную пору применять такой коллектор затруднительно. А вот летом, когда свет от Солнца очень сильный, его можно эксплуатировать в домашних условиях.

Жидкостные солнечные конструкции используют в качестве теплоносителя воду. Они изготавливаются с разомкнутым либо замкнутым принципом теплообмена, могут быть без стекол и остекленными. Эксплуатация подобных устройств сопряжена с неудобствами – они часто подтекают и вполне могут замерзнуть в зимние месяцы. Этих проблем лишены воздушные коллекторы, которые чаще всего применяются для сушки фруктов, овощей и относительно небольших объемов другой сельскохозяйственной продукции. Воздушный аппарат конструктивно прост, его легко обслуживать, поэтому он пользуется заслуженной популярностью.

Автоматизация систем отопления и ГВС с солнечным коллектором

Системы отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно оснащают приборами автоматики.

Автоматика необходима для согласованного управления работой нескольких источников энергии — солнечного коллектора, котла, электрического нагревателя, а также циркуляционных насосов.

Датчики измеряют температуру теплоносителя у источников нагрева, температуру воды в накопительном баке. Блок управления по заданной программе анализирует показатели датчиков и выдает команды  на включение или отключение тех или иных источников нагрева, насосов и клапанов.

Человек имеет возможность задавать параметры регулирования — например, устанавливать максимальную температуру горячей воды. 

Как собрать воздушный коллектор для дома из водосточных труб?

Еще проще и дешевле изготовить устройство, которое вместо воды использует воздух в качестве теплоносителя. Воздушный коллектор для нагрева воды и отопления дома делают так:

  1. Собирают каркас из 3–4-сантиметровых досок. На заднюю его стенку дополнительно крепят лист фанеры (около 1 см толщиной) с высокими влагостойкими свойствами.
  2. Боковые поверхности собранного ящика изолируем пенополистиролом, а заднюю стенку утепляем минеральной ватой.
  3. Абсорбер, которым будет располагать наш воздушный коллектор, делают из тонкого алюминиевого листа, алюминиевых водосточных труб и хомутов для крепления этих элементов в одну систему. Лист укладывается в корпус, к нему прикрепляют трубы. Последние добавочно фиксируются перегородкой из древесины.
  4. Делаем с одной стороны корпуса вход и выход для труб.
  5. Окрашиваем в черный цвет наш воздушный коллектор.

На лицевую часть конструкции крепим лист сотового поликарбоната. Теперь можно устанавливать сделанный воздушный коллектор. Выполняется эта процедура на устойчивые опоры (устройство получится достаточно тяжелым) с южной стороны строения. Затем нужно просто подключить воздушный коллектор к вентиляционной системе здания.

Сборка своими руками

Коллектор, работающий на солнечной энергии, можно как собрать, так и купить в готовом виде. Второй вариант неудобен тем, что с увеличением площади поглощения возрастает цена. При этом от размеров поглощающей поверхности зависит мощность. Сборка воздушного коллектора своими руками — оптимальный вариант для тех, кто не желает переплачивать. Для изготовления не нужны дорогие инструменты и материалы: в простейшем варианте отопительное устройство собирается из алюминиевых банок.

Первый этап — выбор места, где будет стоять устройство. Оно должно освещаться солнцем как можно дольше. Панели ориентируют на юг, причем желательно, чтобы их можно было поворачивать, регулируя угол наклона. Так удастся добиваться максимального уровня инсоляции в разное время года. Например, зимой солнце находится ниже над горизонтом, чем летом.

Воздушный солнечный коллектор:

Для уменьшения потерь тепла коллектор располагают как можно ближе к помещению, которое планируют обогревать. В частности, можно установить его на фронтон или южную сторону кровли. Ещё один важный момент — тени от ограждений, деревьев и других высоких объектов. Зимой они бывают длиннее, и нужно это учитывать. Коллектор следует ставить так, чтобы тени не попадали на него в любое время года.

Когда выбрано место, приступают к изготовлению. Алюминиевые банки подходят лучше, чем что-либо другое, потому что металл хорошо нагревается и проводит тепло. Ёмкости без проблем стыкуются между собой, так как имеют одинаковые размеры, а при необходимости их можно резать и сгибать.

Данную систему отопления можно собрать и своими руками

Собрав достаточное количество алюминиевых банок, прорезают в них отверстия с обеих сторон. Стыкуют между собой и склеивают места соединений герметиком. Конструкцию из банок окрашивают чёрной краской и укладывают в панель. Затем присоединяют трубки для отведения и подведения воздуха. Подойдут элементы, предназначенные для монтажа вентиляционных систем. С задней стороны панели монтируют теплоизоляционный материал, с передней — укрепляют стекло или сотовый поликарбонат. Готовый коллектор может работать без дополнительного оборудования, но для повышения эффективности можно подключить к нему вентилятор.

Самодельный коллектор даёт возможность организовать водяное отопление дома. В этом случае функцию теплоприёмников выполняют полиэтиленовые шланги, металлические трубы, алюминиевые или чугунные батареи. Для круглогодичного использования сооружают двухконтурный коллектор. Теплоноситель — антифриз или тосол.

Собрав солнечный коллектор воздуха своими руками, можно полностью покрыть потребность в горячей воде и уменьшить расходы на обогрев помещения.

Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками:

Подключение солнечных коллекторов

Во время установочных работ накопительный бак подключают выше уровня коллектора. К входу в систему отопления горячей воды необходимо подсоединить верхний вывод. Нижний же подключают к обратной трубе. При входе солнечные коллекторы могут располагаться воздушные трубки, поэтому стоимость оборудования с естественной циркуляцией ниже, чем на коллекторы, предполагающие использование насосного оборудования.

Система отопления на основе солнечных коллекторов принудительной циркуляции теплоносителя имеет свои особенности:

  • управление насосом осуществляется при помощи контроллера на основании показаний датчиков;
  • обогрев прекращается, когда температура достигает необходимого значения.

Установка датчиков является обязательным условием при монтаже солнечных коллекторов. Они размещаются в баке-накопителе, на обратной трубе и в месте выхода коллектора.

Если вы живете на территории с продолжительной зимой и небольшим количеством ясных дней, то, разместив в своем жилище солнечный коллектор, не будет лишним дополнить его другими источниками тепла, например, котлами, работающими на твердом топливе или газе.

Как было сказано выше, солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева воды. Для обеспечения максимальной эффективности оборудования необходимо правильно выбрать место его расположения относительно солнца

Во внимание необходимо принимать угол наклона коллектора. Специалисты рекомендуют выполнять установку этого оборудования таким образом, чтобы большую часть дня аппарат находился под прямыми лучами солнца

Если для обогрева жилища владелец не планирует использовать другие источники тепла, то необходимо устанавливать заодно бак объемом не менее 40 куб. см. Если он будет иметь меньшую емкость, то система будет неэффективной.

Еще один важный момент — расчет площади оборудования. Выполнение этой работы – крайне сложная задача

Во время вычислений необходимо принимать во внимание много факторов:

  • наклон крыши;
  • сторону света;
  • объем накопителя;
  • уровень радиации.

При выполнении расчетов прибегают к использованию сложных формул. Поэтому, чтобы они были правильными, лучше обратиться к специалистам.

Мифы и заблуждения

Некоторые считают, что плоские солнечные коллекторы более эффективны чем вакуумные. Отчасти это правда, но если идет об обогреве дома в зимний период, то последние однозначно выигрывают. Подробнее об этом читайте в статье «Сложный выбор: солнечный коллектор – плоский или вакуумный?»

Вакуумные трубки хоть и сделаны из стекла, но отлично держат удар. В приведенном ниже видео проводят испытания с помощью железного шара, который почти в 8 раз тяжелее льда. Соответственно, удары града они выдерживают с легкостью.

А в этом видеоролике вакуумную трубку испытывают на прочность куском льда. Согласитесь, что такой град большая редкость, но и его вакуумный коллектор сможет выдержать.

Считается, что китайские вакуумные коллекторы хуже европейских или американских. На деле это не так – большинство именитых производителей заказывают комплектующие в Поднебесной и максимум что делают на своих производствах – собирают их. К тому же, Китай давно вышел из эпохи ширпотреба, их производства следят за уровнем качества чтобы быть конкурентоспособными на европейском и американском рынках.

Есть мнение, что со временем вакуумные солнечные коллекторы теряют эффективность. Отчасти это правда, но только в том случае, если не проводить профилактику. Если использовать вакуумные солнечные коллекторы для обогрева дома зимой, в них будут большие перепады температур.

Из-за этого уплотнители со временем загрубеют и начнут пропускать теплоноситель. Если их периодически менять (раз в 2-3 года), такого не произойдет, а цена уплотнителя просто копеечная.

Вакуумные трубки со временем теряют герметичность – да, такое происходит, но не со временем, а из-за повреждений. Если стекло некачественное или во время производства появились дефекты, такое может произойти. Разгерметизация может случиться из-за механического повреждения или во время эксплуатации, когда трубка меняет размеры под влиянием перепада температур.

При определенных условиях вакуумные трубки покрываются инеем и становится видно, какие из них потеряли герметичность

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы – один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы.  Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.


Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

Ссылка на основную публикацию