Солнечные коллекторы: виды, принцип работы, устройство системы

Отличие солнечных батарей от коллекторов

Прежде чем продолжить описание основных характеристик и сферы применения гелиосистем для нагрева воды, нужно разобраться, чем отличаются солнечные батареи от коллекторов.

1) Солнечная батарея — устройство, которое генерирует электричество из энергии Солнца при помощи высокочувствительных фотоэлементов, объединенных в единую автономную систему. Поскольку фотоэлектрические преобразователи производят постоянный ток, дополнительно используется инвертор, который позволяет получить переменный ток, пригодный для бытовых нужд: электроснабжения и освещения.

2) Солнечный коллектор — функциональная сплит-система, главной задачей которой является поглощение ближнего инфракрасного излучения и видимого солнечного света. Батареи генерируют ток, а коллекторы нагревают жидкость внутри трубок. В этом их главное отличие.

Теплоноситель для солнечных коллекторов подбирается с учетом времени года, а также особенностей эксплуатации. Для многофункциональных конструкций обычно используют антифриз (незамерзающая жидкость), а системы сезонного типа заполняют водой. Сегодня можно купить и более универсальный вариант — гибридный солнечный коллектор. Это устройство привлекательно тем, что одновременно производит электроэнергию и нагревает воду. Преимущества его использования очевидны: фотоэлектрические модули охлаждаются активной системой отвода тепла, благодаря чему генерируется вдвое больше электроэнергии, а излишки теплоресурсов расходуются на нагрев воды.

https://youtube.com/watch?v=9eCJvdirj5s

Выбор комплекта солнечных коллекторов для отопительной системы

Выбор устройства зависит от целей, на которые будет направлена работа конструкция. Гелиосистема применяется для поддержки воздуха, обеспечения горячего водоснабжения, подогрева воды для бассейна.

Мощность

Чтобы рассчитать возможную мощность гелиосистемы, следует знать 2 параметра: солнечной инсоляции в определенном регионе в нужное время года и эффективную площадь поглощения коллектора. Эти цифры необходимо перемножить.

Можно ли использовать коллектор в зимний период

Вакуумные устройства справляются с работой в холодном климате. Плоские показывают низкую производительность в морозы и лучше подойдёт для южных областей.

Меньше других для функционирования в холоде подходит воздушная конструкция так, как ночью она не способна нагревать воздух.

Неудобства доставляют сильные осадки, ведь зимой оборудование часто засыпает снегом и требуется регулярная чистка. Морозный воздух отбирает накопленное тепло, а сам коллектор может быть поврежден градом.

Учёт сферы применения

В промышленности использование гелиосистем более распространено. Энергию солнца применяют в работе электростанций, парогенераторов, опреснителей воды. Для нагрева воды, обогрева дачи или бани в бытовых условиях чаще устанавливают вакуумные коллекторы, реже — плоские. Воздушные системы помогают снизить стоимость отопления, благодаря обогреву воздуха в дневное время.

Работа вакуумных коллекторов на треть более эффективнее, чем функционирование плоских. За год экономия составляет на 20—25% больше. К подбору и установке трубчатых коллекторов следует отнестись серьезно, поскольку по сравнению с другими они более подвержены разрушительному действию осадков.

Техническая информация

При покупке коллекторов обращают внимание на условия эксплуатации. Наиболее важными параметрами будут общая площадь отопления, активная площадь, показатели теплопотерь, угловой коэффициент, параметры КПД

Знание этих данных позволит рассчитать производительность работы конкретного агрегата. Покупатель имеет право потребовать у продавцов соответствующие расчеты и имеющиеся сертификаты.

Как выбрать солнечный коллектор?

Чего мы ждем от солнечного коллектора? Чтобы отопительная система коттеджа справлялась с задачей поддержания в комнатах комфортной температуры, а из кранов текла горячая, а не чуть теплая вода. Для полноценного использования солнечного коллектора, необходимо до покупки рассчитать требуемую мощность оборудования

Стоит обязательно принять во внимание:

• назначение коллектора (ГВС, отопление или их комбинация)
• потребность здания в тепле (общий размер обогреваемых помещений или среднесуточные затраты горячей воды)
• климатические особенности региона
• особенности монтажа коллектора.

Производство солнечных коллекторов не обходится без маркировки на них конкретного уровня производительности

Компании, которые занимаются изготовлением солнечных коллекторов, предоставят вам более полную информацию об изменении мощности оборудования в зависимости от географической широты населенного пункта, угла наклона «зеркал», отклонения их ориентации от южного направления и другие.В процессе выбора уровня мощности коллектора очень важно достичь баланса между недостатком и избытком накапливаемого тепла. Эксперты советуют отталкиваться от максимально возможной мощности коллектора, т

е. пользоваться во время расчетов самым продуктивным летним сезоном. Однако, этот вариант противоположен мнению среднестатистического пользователя о том, что нужно покупать оборудование с запасом (т. е. вести расчеты по мощности самого холодного месяца), чтобы тепла от коллектора хватило и в менее солнечные осенние и зимние дни.Но, если идти таким путем, то на пике его производительности, т. е. в летом, у вас возникнет серьезная проблема: тепла будет генерироваться больше, чем использоваться. Все это может стать причиной перегрева контура и других неприятностей. Есть два варианта решения этакой проблемы:

• установка маломощного солнечного коллектора с подключением в зимние месяцы резервных источников тепла
• покупка модели с большим запасом по мощности и предусмотрением варианта сброса избыточного тепла в теплое время года.

Классификация солнечных коллекторов

Рассмотрим классификацию коллекторов по температурному режиму и по конструктивному исполнению.

Классификация коллекторов по предельным показателям температуры, которой они способны достигать, так же разделяет коллекторы по области их применения.

• Коллекторы низких температур. Дают температуру не выше 50 °C и применяются в тех случаях, когда слишком горячая вода не требуется.
• Коллекторы средних температур. Они способны нагревать воду от 50 °C до 80 °C. Как правило, это коллекторы-концентраторы, аккумулирующие тепло, которое затем используется для нагрева воды в жилом секторе.
• Коллектор высоких температур. теплоноситель в таких коллекторах может подогреваться до 2000С и выше. Зачастую имеет сложную геометрическую форму и систему зеркал, например параболической тарелки и используется крупными предприятиями, которые генерируют электричество и распределяют его для городских электросетей.

Классификация коллекторов по типу конструкции отражает принцип осуществления теплообмена

• Емкостные коллекторы. Данный коллектор одновременно аккумулирует и хранит некоторое количество нагретой воды или теплоносителя. Могут применяться для преднагрева воды с целью дальнейшего ее подогрева с помощью традиционных нагревателей. Такие коллекторы могут быть собраны в батарею из нескольких баков, заполненных теплоносителем. Эти баки помещаются в теплоизолированный ящик со стеклянными стенками (одной или несколькими). Такая простота устройства обуславливает его относительно не большую цену. Основные плюсы такого вида коллекторов. Первый – экономия на электричестве. Второй – существенно более дешевый вариант солнечной водонагревательной системы. Третий – минимум технического обслуживания, за счет отсутствия в нем движущихся частей (насосов и прочего);
• Плоские коллекторы. Стремительно набирают популярность для использования в бытовых условиях, нагрева воды или теплоносителя в отопительных системах. Внешне они более привлекательны, такое устройство выглядит как плоская коробка со стеклянной крышкой. Содержание железа в стекле стараются делать очень низким, чтобы позволить пропускать большую часть поступающего света, в коллектор. Внутри коллектора находится элемент или несколько элементов, которые поглощает солнечный свет. Часто это черная пластина, которая поглощает тепло. Проходя через стекло, и попадая на поглощающую пластину, солнечная радиация превращается в тепловую энергию. Далее, полученное тепло передается теплоносителю (жидкости или воздуха), которые циркулируют в трубах. Абсорбирующие пластины изготавливаются из металла, который наилучшим образом проводит тепло (например, медь и алюминий).

Далее более подробно рассмотрим распространенные конструкции солнечных коллекторов. Они не являются классификацией, скорее относятся к разделу терминологии.

Производители, модели, стоимость

На рынке представлены конструкции из Европы, Китая и отечественные изделия.

Европейские изделия, например, плоский коллектор Viessmann стоят от 45000 рублей, аналоги из Китая – от 35000 рублей. Вакуумные изделия, — от 170000 рублей и 115000 рублей, соответственно.

Стоимость российских производителей аналогичной продукции:

1. ООО «Новый Полюс», модель плоского солнечного коллектора «ЯSolar» начинается от 19700 рублей.
2. Фирма «АльтЭнергия», плоская гелиопанель «AlternEnergy 1.3», цена от 15800 рублей. Вакуумные коллекторы изготовляются под требования индивидуальных заказчиков с ценой от 52000 рублей.
3. Компания «АНДИ Групп», солнечный вакуумный коллектор для сезонного применения, цена комплекта начинается от 17500 рублей.

В интернете можно найти и других отечественных производителей с не меньшей эффективностью и подходящей ценой. Для любителей конструировать и собирать своими руками есть большое предложение по отдельным элементам солнечных коллекторов, из которых собираются разнообразные устройства.

Общие замечания

Все вышеперечисленное относится к дорогим и качественным солнечным коллекторам. Между тем на российском рынке сейчас появилось большое количество систем от разных производителей. Какие же бывают солнечные коллекторы и что лучше выбрать? Как не обмануться в ожиданиях и выбрать правильный вариант?

Плоские солнечные коллекторы:

Плоские солнечные коллекторы бывают европейские, российские и китайские. Размеры могут отличаться, мощность оценивается стандартно по площади коллектора.

1. Европейские. Обычно поставляются из Германии, реже из Италии или других европейских стран. Практически у всех производителей коллекторы отличаются высоким качеством изготовления и максимально возможной для плоских коллекторов эффективностью. Цена высокая.

2. Российские. Качество зависит от производителя. Самые лучшие образцы все же уступают европейским моделям. Худшие сопоставимы с дешевыми китайскими вариантами. Эффективность тоже варьирует. Перед установкой лучше запрашивать отзывы по данному типу коллекторов и оценивать применимость к своему проекту. Цена средняя.

3. Китайские. Качество зависит от производителя. Лучшие образцы от известных фирм уступают европейским моделям и сопоставимы с российскими. Бывают дешевые плоские коллекторы без бренда — качество обычно низкое и эффективность тоже, хотя применять их в системах нагрева воды возможно. Цена низкая.

Вакуумные солнечные коллекторы:

Вакуумные солнечные коллекторы поставляются почти исключительно из Китая, в России не производятся. В Европе производятся в сравнительно небольшом объеме, но в Россию практически не поставляются.

1. С нагревательными трубками. Наиболее распространенный тип вакуумных коллекторов. Внутри стеклянных вакуумных трубок находятся специальные медные трубки, которые передают энергию теплоносителю. Качество варьирует от очень высокого у лучших заводов Китая до очень низкого у мелких и кустарных производств. Высококачественные коллекторы отличаются большой прочностью стекла и повышенным уровнем поглощения солнечной энергии за счет специальных селективных нанопокрытий. Трубки низкокачественные отличаются хрупкостью и слабым уровнем поглощения тепла. Визуально отличить качественные от некачественных трудно, поэтому следует ориентироваться на известные бренды. Самым крупным производителем вакуумных коллекторов в Китае является компания Himin Solar, чья продукция отличается максимально высоким качеством.

2. С U-трубками. В этих коллекторах солнечная энергия передается по медным мини-контурам (U-трубкам), расположенным внутри каждой стеклянной колбы. В сравнении с нагревательными трубками это дает повышение эффективности на 10-15%. Производство таких коллекторов более технологично, поэтому обычно это качественные солнечные коллекторы, которые производят известные фирмы, крупнейшей из которых является Himin Solar.

Основная рекомендация

Если Вам нужно только горячее водоснабжение — можно выбрать как плоский так и вакуумный солнечный коллектор. У вакуумного коллектора только будет выше эффективность зимой и в пасмурную погоду.

Для отопления в российском климате следует использовать только вакуумные коллекторы.

Помните, что волшебства не бывает и независимо от типа коллектора требуется дополнительный источник энергии на случай длительной пасмурной погоды.

А самое главное, не покупайте продукцию сомнительного производства и неизвестного качества, доверяйте только известным брендам.

Эта статья прочитана 9159 раз(а)!

Преимущества использования солнечных коллекторов в бытовых условиях

Солнечные коллекторы — это инновационное устройство, использующее солнечную энергию для нагрева воды. Их использование в бытовых условиях имеет ряд преимуществ:

1. Экологически чистая энергия: Солнечные коллекторы работают на основе солнечной энергии, которая является возобновляемым источником энергии. Их использование позволяет сократить выбросы вредных веществ и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

2. Экономия ресурсов: Солнечные коллекторы позволяют сэкономить электроэнергию и использовать ее более эффективно. Они способны обеспечить подогрев воды для бытовых нужд, что позволяет снизить расходы на электричество или газ.

3. Надежность и долговечность: Солнечные коллекторы имеют простую и надежную конструкцию, что делает их долговечными и мало подверженными поломкам. Они не зависят от электрической сети и могут работать даже при отсутствии электроэнергии.

4. Минимум обслуживания: Солнечные коллекторы требуют минимального обслуживания. Достаточно проводить ежегодную проверку и чистку системы, чтобы поддерживать ее эффективность и долговечность.

5. Широкий спектр применения: Солнечные коллекторы могут использоваться не только для нагрева воды в бытовых условиях, но и для отопления жилых и коммерческих помещений. Они также могут применяться в сельском хозяйстве и промышленности.

Использование солнечных коллекторов в бытовых условиях дает ощутимые преимущества в экологическом, экономическом и практическом плане. Они позволяют создать устойчивую и эффективную систему нагрева воды, сэкономить ресурсы и снизить вредное воздействие на окружающую среду.

Требования к установке

Эффективность работы гелиосистемы зависит от соблюдения рекомендаций по их установке. Коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда не падает тень от зданий, деревьев, гор.

Большое значение имеет ориентация. В северном полушарии «зеркала» должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, следует юго-запад или юго-восток.

Важный параметр – оптимальный угол наклона плоскости. Его величина зависит от отклонения положения солнца от зенита. Определяется этот параметр географической широтой местности. Если угол наклона выставить неправильно, возрастут оптические потери энергии, поскольку значительная часть лучей будет отражаться и не достигнет абсорбера.

Подключение к отопительной системе

Способ подключения зависит от того, какой тип циркуляции используется. Проще всего подключиться к системе с естественной циркуляцией. Главный принцип в этом варианте – нагрев воды.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод подключают ко входу горячей воды, а нижний к обратке. На входе в коллектор могут возникнуть воздушные пробки.

Подключение к системе с принудительной циркуляцией несколько иное:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний датчиков.
2. Когда температура достигает заданного значения, нагрев прекращается.
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где устанавливаются такие датчики вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы. На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, и уровень наклона.

Мнение эксперта
Торсунов Павел Максимович
Опытный строитель с 10-летним стажем

Лучше устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Если не планируется подключать дополнительные источники тепла, объем бака в регионах с суровым климатом лучше выбирать около 40 см3. Иначе в пасмурные дни система будет работать не эффективно.

Какой тип солнечного коллектора лучше для России?

Россия находится в нескольких климатических поясах, — от субтропического в Крыму до субарктического на побережье Северного Ледовитого океана. Соответственно, максимальное солнечное излучение бывает на юге и минимальное на Крайнем Севере.

К тому же не надо забывать про полярную ночь. Исходя из этого, в южных областях будут лучше работать плоские коллектора, в умеренных и северных широтах – вакуумные конструкции.

При выборе для отопления небольших садовых домиков целесообразно учесть сезонность эксплуатация здания и цену коллектора. Здесь уместнее остановить свой выбор на конструкции из пластика, выполненную по схеме плоского коллектора.es here

Если дом расположен в умеренных или северных широтах, имеет отапливаемую площадь свыше 50м² и эксплуатируется круглый год, то лучше вакуумного устройства нет. Но при любом типе гелиоустройства, в системе отопления обязательно должен быть предусмотрен бак-аккумулятор ёмкостью 100–500 литров и, возможно, не один.

Плюсы и минусы коллектора

«За»:

• экономия на внешних источниках энергии, — электричестве, газе, нефтетопливе или угле, дровах (для котла);
• независимость от вышеприведённых источников энергии;
• доступность оборудования, несложный монтаж и уход, не требуются разрешающие документы от властей или специальных предприятий;
• срок эксплуатации превышает 15–30 лет.

«Против»:

• достаточно высокие цены и большой срок окупаемости, превышающий 10–15 лет;
• полная зависимость от климатических условий и самого солнца, которым нельзя управлять;
• в умеренных и северных широтах необходим дополнительный источник тепла, хотя бы в качестве резервного.

Технические характеристики

Одна из важных составляющих – это прочность конструкции и отдельных элементов. В плоском и вакуумном коллекторах присутствуют стеклянные элементы, — это верхнее стекло и трубки-колбы, соответственно.

На них, кроме случайных механических воздействий при перевозке и монтаже, влияют:

• перепады температур, достигающих ста градусов;
• влага от дождя или утреней росы;
• изморозь, снег;
• удары града;
• порывы ветра.

Для плоских гелиоконструкций применяют специальные закалённые прочные стёкла, хорошо противостоящие ударам града. Кроме этого, они обладают определённой термостойкостью и хорошо выдерживают периодическую смену температур.

Трубки в вакуумных устройствах требуют более бережного к себе отношения, так как из них откачен воздух и уже существует напряжение, вызываемое перепадом внешнего и внутреннего давления. Но сам коллектор выполнен с таким расчётом, чтобы была возможность замены одной трубки, в случае её повреждения.

Снег, изморозь

Самый лучший вариант противостоять снегу – это расположение коллектора на вертикальной стене дома, но такие возможности есть далеко не всегда. К тому же, при большом количестве приёмников, поверхности может просто не хватить.

Другой вариант, — установка конструкций под углом к горизонту более чем на 55°. Если для вакуумных коллекторов это хороший вариант, — они выглядят как решётчатые конструкции, обдуваемые со всех сторон, то для плоских устройств есть риск сползания подтаявшего снега к нижней части и создание ледяной корки.

Расположение на крыше, особенно имеющих сложную геометрию, тоже потребует периодического внимания, так как возможны образования завихрений, и, соответственно, заносов из снега.

Что касается изморози, то она бывает только в определённые времена года, — переходы «зима – весна» или «осень – зима». Особых отклонений в работе коллектора она не создаёт и при выходе солнца исчезает за 10–30 минут.

Солнечные коллекторы и фотоэлектрическая установка: как работают фотоэлектрические панели?

Чтобы знать, в чем разница между солнечными коллекторами и фотовольтаикой, вам также необходимо знать принцип работы фотоэлектрической установки. Солнечные панели, изготовленные, в частности, из кремния, поглощают солнечную энергию, преобразуя ее в электричество. Полученную таким образом энергию можно использовать для питания всевозможных электроустановок и устройств, дома, офиса, промышленного предприятия или фермы. Как видите, назначение фотовольтаики намного шире, чем у солнечных коллекторов, которые в основном используются для производства горячей воды для бытовых нужд.

За регулировку параметров электроэнергии, вырабатываемой панелями, отвечает инвертор, который является еще одним обязательным элементом каждой установки. Также известный как электрический преобразователь, он преобразует постоянный ток в переменный, т.е. тот, который течет в розетках бытовых установок

Что немаловажно, фотоэлектрическая установка работает не только в солнечные дни, но и круглый год – даже когда мало солнечного света. Излишки энергии, произведенной летом, просьюмер передает энергетической компании, чтобы в осенние и зимние месяцы, когда фотоэлектрические установки работают с меньшей эффективностью, чтобы «получить обратно» часть накопленных запасов, значительно уменьшая сумму счетов за электроэнергию

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы. Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер

Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система). Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет

Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Вакуумные солнечные коллекторы

Вакуумные коллекторы логичное развитие идеи плоского коллектора. Основной принимающий элемент вакуумного отопительного коллектора – стеклянные или кварцевые трубки, внутри которых смонтированы трубки меньшего с веществом, адсорбирующим солнечную тепловую энергию, т.е. трубопроводы с теплоносителем находятся внутри трубок с адсорбером. Пространство между внешними и внутренними трубками вакуумируется. Солнечные лучи проникают сквозь вакуум и нагревают теплоноситель, и тот же вакуум препятствует обратной утечке тепловой энергии, выступая в роли теплоизолятора.

Число вакуумных трубок в коллекторе можно изменять (добавлять и удалять).

Преимуществами вакуумных солнечных коллекторов являются:

• Способность нагревать воду до кипения даже при минусовой температуре окружающей среды;
• Минимальные затраты на эксплуатационное обслуживание;
• Возможность варьировать число трубок, т.е. изменять его тепловую мощность.

Их недостатки:

• Высокая стоимость;
• Сложность установки.

Расположение солнечных коллекторов

Эффективность гелиоколлектора напрямую зависит от количества солнечного света, попадающего на адсорбер. Из этого следует, что коллектор должен располагаться на открытом пространстве, куда никогда (или, по крайней мере, максимально долго) не падает тень от соседних зданий, деревьев, расположенных вблизи гор и т. д.

Большое значение имеет не только расположение коллектора, но и его ориентация. Самой «солнечной» стороной в нашем северном полушарии является южная, а значит, в идеале «зеркала» коллектора должны быть развернуты строго на юг. Если технически сделать этого невозможно, то следует выбрать направление, максимально приближенное к южному, – юго-запад или юго-восток.

Не следует выпускать из внимания и такой параметр, как угол наклона гелиоколлектора. Величина угла зависит от отклонения положения Солнца от зенита, которое в свою очередь определяется географической широтой той местности, в которой будет эксплуатироваться оборудование. Если угол наклона будет выставлен неправильно, то существенно возрастут оптические потери энергии, поскольку значительная часть солнечного света будет отражаться от стекла коллектора и, следовательно, не достигнет абсорбера.

Стагнация системы

Поговорим чуть подробнее о проблемах, связанных с переизбытком генерируемого тепла. Итак, предположим, что вы установили достаточно мощный гелиоколлектор, способный полностью обеспечить теплом отопительную систему вашего дома. Но наступило лето, и потребность в отоплении отпала. Если у электрического котла можно отключить электропитание, у газового – перекрыть подачу топлива, то над солнцем мы не властны – «выключить» его, когда стало слишком жарко, нам не под силу.

Стагнация системы – одна из главных потенциальных проблем солнечных коллекторов. Если из контура коллектора забирается недостаточно тепла, происходит перегрев теплоносителя. В определенный момент последний может закипеть, что приведет к прекращению его циркуляции по контуру. Когда теплоноситель остынет и конденсируется, работа системы возобновится. Однако далеко не все виды теплоносителей спокойно переносят переход из жидкого состояния в газообразное и обратно. Некоторые в результате перегрева приобретают желеобразную консистенцию, что делает невозможной дальнейшую эксплуатацию контура.

Избежать стагнации поможет лишь стабильный отвод производимого коллектором тепла. Если расчет мощности оборудования сделан правильно, вероятность возникновения проблем практически нулевая.

Однако даже в этом случае не исключено возникновение форс-мажорных обстоятельств, поэтому следует заранее предусмотреть способы защиты от перегрева:

1. Установка резервной емкости для накопления горячей воды. Если вода в основном баке системы горячего водоснабжения достигла установленного максимума, а гелиоколлектор продолжает поставлять тепло, автоматически произойдет переключение, и вода начнет греться уже в резервной емкости. Созданный запас теплой воды можно будет использовать для бытовых нужд позже, в пасмурную погоду.

2. Подогрев воды в бассейне

У владельцев домов с бассейном (не важно, крытым или размещенным под открытым небом) имеется прекрасная возможность отводить излишки тепловой энергии. Объем бассейна несравнимо больше объема любого бытового накопителя, из чего следует, что вода в нем не нагреется так сильно, что уже не сможет поглощать тепло

3. Слив горячей воды. При отсутствии возможности тратить избыток тепла с пользой можно попросту сливать небольшими порциями нагретую воду из накопительного резервуара для ГВС в канализацию. Поступающая при этом в емкость холодная вода будет понижать температуру всего объема, что позволит продолжать отводить тепло от контура.

4. Внешний теплообменник с вентилятором. Если гелиоколлектор обладает большой производительностью, избыток тепла может быть тоже очень велик. В этом случае система оборудуется дополнительным контуром, заполненным хладагентом. Этот дополнительный контур сопряжен с системой посредством теплообменника, оснащенного вентилятором и монтируемого за пределами здания. При возникновении риска перегрева избыточное тепло поступает в дополнительный контур и через теплообменник «выбрасывается» в воздух.

5. Сброс тепла в грунт. Если помимо солнечного коллектора в доме имеется грунтовый тепловой насос, избыток тепла можно направить в скважину. При этом вы решаете сразу две задачи: с одной стороны, защищаете контур коллектора от перегрева, с другой – восстанавливаете истощенный за зиму запас тепла в грунте.

6. Изоляция гелиоколлектора от прямых солнечных лучей. Этот способ с технической точки зрения один из самых простых. Конечно, забираться на крышу и занавешивать коллектор вручную не стоит – это тяжело и небезопасно. Гораздо рациональнее установить дистанционно управляемый заслон, наподобие рольставень. Можно даже подключить блок управления заслоном к контроллеру – при опасном повышении температуры в контуре коллектор будет закрываться автоматически.

7. Слив теплоносителя. Этот способ можно считать кардинальным, но в то же время он довольно прост. При возникновении риска перегрева теплоноситель посредством насоса сливается в специальную емкость, интегрированную в контур системы. Когда условия вновь станут благоприятными, насос вернет теплоноситель в контур, и работа коллектора будет восстановлена.

Окупаемость

Окупаемость затрат на оборудование целесообразно рассматривать при круглогодичной эксплуатации и применении для отопления, получения горячей воды для повседневных нужд.

Расходы при сезонном использовании начнут возвращаться сразу, особенно если коллектор установлен на даче и служит больше для выработки горячей воды. В этом случае будет больше интересовать соотношение «цена — производительность». На одного члена семьи будет достаточно около 1,5м² площади плоского коллектора.

Горячая вода очень необходима тем семьям, у которых есть маленькие дети и тут, гелиоустановка очень пригодится. Но и остальным члена семьи будет приятно принять горячий душ после праведных трудов на своём участке. Значительно облегчится мытьё посуды и стирка вещей. Поэтому вопрос об окупаемости можно перефразировать в вопрос необходимости солнечного коллектора для получения горячей воды.

Использование устройства для почти полноценного отопления здания или хотя бы сокращение потребления газа, угля, электричества потребует серьёзных предварительных расчётов об экономической составляющей оборудования и его монтажа.

Этапы:

1. Определение количества солнечной тепловой энергии в месте расположения дома. Такие данные можно найти в справочной литературе, интернете, но более точные сведения имеются в местных метеослужбах. Причём, они располагают многолетними наблюдениями, поэтому можно вычислить среднее значение, которое использовать в своих дальнейших расчётах.
2. Уточняются зоны, где будет производиться отопление, — сами понимаете, что сени, кладовки и подобные хозяйственные помещения обогревать не целесообразно. Но, — детские комнаты потребуют более тщательного нагрева, нежели кухня или гостиная.
3. Примерная полезная площадь коллектора для отопления 1м² помещения составляет 0,4–0,5м². Эта цифра приведена для умеренных широт. На юге потребуется около 0,2–0,3м², в северных областях 0,6–0,8м². Уже из этих цифр видно, что гелиоустановку в местах с суровым климатом, можно использовать как вспомогательный источник тепла, иначе затраты на оборудование окажутся очень большими.
4. Для отопления 100м² площади дома в средних широтах понадобится трубчатый коллектор с эффективной площадью 40–60м². Полный комплект (оборудование отечественное), включая два бака по 300 литров, насосы и систему управления, вместе с монтажом стоит около 450000 рублей.
5. На 100м² в течение года необходимо около 120000МДж тепла.

Усреднённая стоимость тепловой энергии:

• газовый котёл, — около 0,35–0,40руб. за 1МДж тепла, в год 42000–48000руб;
• электрокотёл, — примерно 0,9–1,10руб за 1МДж тепловой энергии, в год 108000–132000руб;
• гелиоэнергия, — почти бесплатно, только расходы на питание электронасоса, — за год набежит 5000–6000руб.

То есть для коллектора все расходы, это небольшие затраты на насос. Отсюда следует, за какое время, по сравнению с другими системами, вернутся вложенные деньги, и начнётся чистая экономия.

Средняя стоимость газового котла с установкой составит около 350000 рублей, электрокотла – 10000 рублей.

За 20 лет общие расходы составят:

• газовое отопление, 20лет * 42000руб/год + 350000руб = 1190000руб.;
• электрокотёл, 20лет * 108000руб/год + 10000руб. = 2170000руб.;
• гелиоустановка, 20лет * 6000руб/год + 450000руб = 570000руб.

Видно, что прошествии 6–8лет солнечный коллектор вернёт деньги и начёт экономить. Но были взяты идеальные условия, к тому же, не учитывалось потребление горячей воды на повседневные нужды. С учётом всех факторов, реальный срок окупаемости для средних широт наступит через 11–12лет.

Большой минус гелиоустановки – это большие одноразовые финансовые вложения. Снизить их поможет поэтапное добавление секций коллекторов, но тогда при проектировании системы отопления, необходимо предусмотреть это в общей конструкции.

В принципе, использование солнечного излучения для обогрева дома и получения горячего водоснабжения, на современном этапе развития технологий оправдано для нескольких случаев:

применение солнечных коллекторов плоского типа для сезонной эксплуатации на садово-дачных участках;

вакуумная конструкция сможет обеспечить теплом весь дом в условиях достаточно мягкого климата, для умеренных и северных широт такой вид отопления целесообразно рассматривать в качестве вспомогательного, из-за достаточно дорогостоящего оборудования;

очень хорошо солнечный коллектор любого типа сочетается с геотермальным отоплением, — летом он может давать тепло в грунт, который будет его аккумулировать и отдавать зимой.

Цены и выбор

Конечная стоимость коллектора определяется используемыми материалами. Корпус может быть выполнен из стали или алюминия. Алюминиевый лучше и стоит дороже. Существуют также полимерные корпуса, которые имеют высокую прочность. На стоимость также сильно влияют материалы абсорбера и теплообменных трубок. Абсорберы делают алюминиевые и медные. Последние дороже, но использовать лучше их

Важное значение имеет поглощающее покрытие, и производители постоянно работают над его усовершенствованием. Сейчас можно встретить напыление из чёрного никеля

Покрытие также отражается на конечной стоимости продукта.

Коллекторные системы плоского типа стоит использовать только в регионах с высокой солнечной инсоляцией и непродолжительным зимним периодом. Эффективность таких систем в облачную погоду очень маленькая, а зимой в российском климате они неработоспособны. Так, что для работы зимой подойдут только вакуумные коллекторы. Их производительность ниже, но они имеют существенно меньшие потери тепла. Кроме того, они улавливают свет даже облачную погоду.

Из группы вакуумных трубчатых коллекторов наиболее эффективными являются те, что имеют перьевые трубки и тепловой канал в форме «U». Это наиболее дорогие модели. Но даже не это самое неприятное. Они непригодны для ремонта. При выходе из строя одной трубки, менять нужно всю панель. Несколько уступают по эффективности перьевые трубки с системой под названием Heat-pipe. Они тоже стоят дорого, но здесь можно заменить трубки по отдельности.