В Европе крыши домов заставлены приспособлениями улавливающими и преобразующими солнечную энергию. У нас такое встретишь не часто. Почему? Есть ли целесообразность устанавливать в частном доме солнечный коллектор, и какой конструкции он должен быть…

Конструкции солнечных коллекторов

Содержание:

• Конструкции солнечных коллекторов
• Сколько энергии дает солнце
• Для чего может понадобиться солнечный коллектор
• КПД и эффективность
• Экономическая целесообразность — большой или маленький коллектор нужен?
• Какая площадь солнечного коллектора потребуется

• Пластинчатые.

  Поглотителем солнечной энергии является пластина покрытая чаще никелем. К ней прикреплены медные трубки, по которым движется теплоноситель. Другой вариант, — трубки выдавленные в самой нагревающейся пластине состоящей из двух половинок.

  Пластина закрывается в утепленный короб, с одной стороны которого находится прочное самоочищающееся стекло.

  

• Трубчатый вакуумный

  В основе — вакуумные трубки из стекла, покрытые снизу светоотражающим материалом, а сверху — металлизированным напылением, которое препятствует уходу отраженной энергии. Внутри стеклянной трубки размещается трубка

  с движущимся теплоносителем. Ряды таких улавливателей солнечной энергии закрепляются к теплоизолированным сборным шинам с теплоносителем. Роль утеплителя в самой трубке играет вакуум.

  
• Тепловые трубки.

  Применяются сходные вакуумные трубки, но внутри них находятся медные трубки с легкоиспаряющейся жидкостью. Она преобразуется в пар солнечным теплом и сразу же конденсируется на теплообменнике в верхней части, отдавая энергию теплоносителю, и такой процесс идет постоянно.

  
• Летний нагреватель.

  Пластинчатый коллектор, но в самом дешевом исполнении — без стекла и теплоизоляции, с полимерным шлангом… Эффективно может использоваться только когда температура окружающего воздуха большая. Но нагрев воды намного более интенсивный, чем просто у бочки для летнего душа. Чаще по такой системе движется непосредственно вода, которая используется для душа и бассейна, без промежуточного бойлера.

  

Сколько энергии дает солнце

Количество солнечной энергия, которая приходится на единицу площади (метр квадратный), весьма различается на разных географических широтах. В северных регионах энергии слишком мало, чтобы речь шла о применении коллектора. Для эффективного и самоокупаемого применения солнечных коллекторов реально могут рассматриваться только южные регионы, южнее 52 параллели.

• В этих районах, в период минимального высоты солнца в декабре, можно получить максимум 80 Вт/м2
• В июне, когда солнце находится в наивысшей точке, — 600 Вт/м2.
• В апреле и сентябре — около 350 Вт/м2.

Важнейшая характеристика каждой модели коллектора — минимальная солнечная энергия, при которой от прибора можно получать тепло.

Известно, что варианты с вакуумными трубками начинают работать при 20 Вт/м2. А пластинчатые — в среднем от 80 Вт/м2.

Если сравнить имеющуюся солнечную энергию с характеристиками различных типов коллекторов, то можно заметить, что трубчатый будет способен работать круглый год. Зимой также, хоть отдача его и будет минимальна.

Пластинчатый же можно применять только в межсезонье и летом.

Для чего может понадобиться солнечный коллектор

Отопление необходимо в зимний период, а в это время отдача коллекторов весьма небольшая. Летом же отопление не нужно вовсе, и в это время коллектор способен генерировать максимум энергии.

Возникает не разрешимое противоречие — когда энергии нужно больше всего для отопления, ее просто нет.

Поэтому солнечный коллектор целесообразней всего использовать для приготовления горячей воды, которая понадобится всегда. Зимой коллектору намного больше будут помогать обычные источники энергии — от системы отопления или элеткронагрев.

Для ГВС коллектор намного выгоднее потому, что за период своей эксплуатации круглый сезон с него можно забрать и использовать больше энергии, чем если бы это делалось для отопления. А это значит, что прибор может оказаться выгодным, самоокупаемым.

КПД и эффективность

Коллектор наиболее выгодно использовать для подогрева воды, если он генерирует не более чем 70% требуемой энергии. Остальная энергия добирается за счет подогревом от других источников.

Почему солнечный коллектор не может сделать горячую воду, обычных 50 градусов?

КПД коллекторов быстро падает с ростом температуры теплоносителя. На графике видно, что пластинчатые приборы наиболее сильно зависят от температуры теплоносителя.

Пока теплоноситель холодный — КПД коллектора наибольший.

Отсюда, при проектировании систем нагрева отопления, следует учитывать довольно простой вывод — сначала нужно нагревать объем воды от солнечного коллектора. А затем догревать его до нужной температуры, например, электричеством.

Также из характеристик приборов известно:

• Трубчатые коллекторы имеют куда меньшую зависимость КПД от редуцируемой температуры. Могут использоваться круглый год, в том числе и для отопления.
• Пластинчатые. Их эффективность намного больше летом, при прямом солнечном свете, они дают больше энергии чем трубчатые. Выгодней для приготовления ГВС. Зимой же, как указывалось, эффективность крайне низкая — не применимы.

Экономическая целесообразность — большой или маленький коллектор нужен?

Чем больше площадь солнечного коллектора, тем больше он поглощает энергии и тем больше будет температура теплоносителя. Но, согласно приведенным выше данным, с ростом температуры теплоносителя КПД приборов уменьшается.

Таким образом, слишком большой коллектор, при больших затратах, будет работать ненамного эффективней, чем маленький, — он просто не сможет поднять температуру выше из-за резкого падения КПД.

Как указывалось, для ГВС коллектор окажется экономически целесообразным, если будет давать не более 70 % необходимой энергии.

Но для радиаторного отопления, температура требуется обычно гораздо выше — до 80 градусов, причем зимой.

Здесь же коллектор окажется выгодным если будет генерировать не более 20-30% энергии.

Т.е. площадь коллектора не должна быть слишком большой, с целью добиться более высокой температуры, иначе прибор быстро выйдет за рамки окупаемости.

Какая площадь солнечного коллектора потребуется

Существуют сложные расчеты наиболее экономически целесообразных площадей солнечных коллекторов. Ниже приведены конечные рекомендации по подбору площади этих приборов, в реальных экономических условиях при низких ценах на углеводороды, по сравнению с Европой.

Количество энергии для ГВС полностью зависит от количества используемой воды. Поэтому данные приводятся из расчета на одного жителя.

• Для ГВС на одного человека целесообразная площадь солнечного коллектора находится в пределах 1,0 — 1,4 метра в зависимости от степени расхода воды.
• Для отопления расчет такой — площадь прибора не более 0,4 м2 на каждый квадратный метр площади дома. Соответственно, для небольшого дома в 100 кв, предел целесообразности — 40 м кв. прибора.

Воспользовавшись подобными рекомендациями, или исходя из приведенных выше данных, можно говорить о подборе коллектора под конкретное жилище. Но нужно помнить, что цифры продавцов, могут быть слишком оптимистичными, так как они будут стремиться продать максимальную площадь.

Также много нюансов в системах подключения и размещения на крыше или на приусадебном участке. Подробней можно ознакомиться со схемами включения солнечных коллекторов