Cолнечные коллекторы для отопления дома

Cолнечные коллекторы для отопления дома

Еще так недавно солнечные коллекторы для отопления дома воспринимались нами только в качестве баловства или экзотической игрушки, а сегодня эти устройства уже начинают теснить такие традиционные источники энергии, как газ и уголь.

Современные люди осознают всю угрозу, которую несут в себе растущие с безумной скоростью темпы сжигания природных энергетических ресурсов. Они всеми силами стремятся осваивать возобновляемые источники энергии, которые может предложить природа.

Число компаний-производителей оборудования для получения энергии из таких источников растет с каждым днем. Разработка и реализация проектов получения экологически чистой энергии становится увлекательным и модным занятием, в котором значительных успехов достигают не только солидные ученые, но и студенты, и даже школьники.

Все более реалистичной и популярной становится концепция «экологического дома» или «энергоэффективного дома», для жизнедеятельности в котором не нужно сжигать тонны углеводородов.

Интерес к такого рода разработкам ничуть не уступает тому, который был вызван в свое время «умным домом». Такой «скачок в развитии» во многом обусловлен снижением стоимости систем альтернативного энергоснабжения до уровня массовой доступности.

В наше время затраты на такое оборудование соизмеримы со стоимостью установки традиционной системы отопления. А экономия получается весьма существенная.

Безусловным лидером в области применения возобновляемых источников энергии является Китай. Согласно статистике около 78% всех вводимых в эксплуатацию солнечных коллекторов приходится на эту страну и лишь 9% - на Европу. Вот почему оборудование для использования солнечной энергии, которое производится в КНР, делается на достаточно высоком уровне, вопреки расхожему мнению о невысоком качестве китайских товаров.

Эффективность гелиосистем в средней полосе.
Очевидно, что в южных странах солнечные коллекторы для отопления дома являются весьма и весьма эффективным решением. К примеру, на Кипре крыша каждого дома оснащена таким оборудованием.

Однако, это не означает, что в российских широтах, которые не могут похвастаться столь же благоприятным климатом, устанавливать солнечные коллекторы не имеет смысла. Расчетом установлено, что на один квадратный метр площади в России в среднем попадает от 100 до 250 Вт солнечной энергии, а при наиболее благоприятных условиях (в полуденные часы и при ясной погоде) этот показатель может достигать и 1000 Вт.

Ученые Института высоких температур РАН определили, что солнечный коллектор площадью 2 кв. м, установленный в средней полосе России, нагревает 100 л воды:

  • до 37 градусов С с вероятностью от 50% до 90%;
  • до 45 градусов С – с вероятностью от 30% до 70%;
  • до 55 градусов С – с вероятностью от 20% до 60%.

Самые большие значения вероятностей соответствуют летнему периоду.

В настоящее время многие разработчики форсированными темпами работают над созданием новых систем использования солнечной энергии, стремясь увеличить их эффективность и сделать более доступными. Пока наиболее оптимальным по сочетанию эффективности и стоимости является способ, при котором вода нагревается в специальном плоском коллекторе. В течение лета такая установка может обеспечить снабжение дома горячей водой. В холодный период солнечный коллектор способен отдавать до 60% энергии, необходимой для отопления дома. В совокупности, с одного квадратного метра солнечного коллектора за год можно «снять» 600-800 кВт*ч бесплатной солнечной энергии. Таким образом, стандартный солнечный коллектор генерирует 40%-60% потребляемой в течение года энергии.

Для сравнения: суммарная энергия, которую за год вырабатывает гелиосистема с общей площадью светопоглощающих панелей в 30 кв. м равна энергии, выделяющейся при сжигании 7,8 тонн угля. А если еще вдобавок к экономическому эффекту учесть громадную экологическую пользу? Ведь когда мы уменьшаем количество сжигаемых углеводородов, мы уменьшаем и количество углекислого газа, который выбрасывается в атмосферу. Соответственно, существенно снижается пагубное влияние человека на климат и окружающую среду.

Cолнечные коллекторы для дома
Упрощенная схема солнечного коллектора для загородного дома

Как устроен солнечный коллектор для отопления дома.
Солнечный коллектор является основным элементом в солнечной водонагревательной установке. Наибольшую популярность получили коллекторы, рабочая площадь которых составляет 2,8 кв. м. Помимо коллектора установка для обогрева воды включает в себя теплообменник-аккумулятор.

Рабочий процесс осуществляется таким образом:

  • солнечные лучи нагревают теплоноситель-антифриз, который находится в коллекторе;
  • благодаря конвекции нагретый теплоноситель поднимается и поступает в теплообменник, который находится внутри бака-аккумулятора.

Контуры с естественной циркуляцией агента, двигателем которой является конвекция, применяются для горячего водоснабжения небольших домов. При такой схеме бак-аккумулятор обязательно должен находиться выше коллектора, в котором осуществляется нагрев теплоносителя.

Для более крупных объектов используют водонагревательные установки с принудительной циркуляцией теплоносителя-антифриза, которая обеспечивается насосом. Такие системы могут обеспечивать не только подачу горячей воды, но и работу системы отопления (частично либо полностью). На случай ухудшения погодных условий в бак-аккумулятор устанавливают электрический дублирующий обогреватель, который автоматически включается при снижении температуры воды в баке.

Разновидности солнечных коллекторов
Коллекторы для обогрева воды посредством солнечной энергии делятся на два типа:

  • плоские коллекторы;
  • коллекторы с вакуумными трубками.

В первом случае трубка, содержащая теплоноситель, покрыта прозрачным защитным покрытием и термоизоляционным материалом.

Такой коллектор имеет небольшую стоимость и отлично работает в теплое время года. Но с наступлением холодного периода его эффективность значительно снижается из-за высоких теплопотерь. Также к недостаткам можно отнести довольно сложный монтаж такого оборудования.

В вакуумных коллекторах применяются две трубки: - внутренняя, в которой содержится теплоноситель; - наружная, прозрачная, которая отделена от внутренней трубки пространством, содержащим вакуум. Теплоноситель находится в нижней части внутренней трубки, под воздействием солнечных лучей он нагревается, превращается в пар, поднимается в теплообменник установки и конденсируется там, отдавая накопленную энергию. Теплопотери в таком коллекторе гораздо ниже, чем в плоском (благодаря чему достигается высокий КПД оборудования). Водонагревательная установка с вакуумным коллектором может эффективно работать даже в пасмурную погоду или при температуре -30 °С.

Однако стоят такие системы гораздо дороже. Кроме того, для наибольшего эффекта такие коллекторы необходимо размещать под определенными углами, а это очень часто приводит к усложнению и удорожанию монтажных работ.

Но даже при таких условиях все затраты оправдываются получаемой экономией.