Солнечные коллекторы

Слова «солнечный коллектор» знакомы многим. Но далеко не все знают, что это такое, как он работает, и какую практическую пользу из него можно извлечь. Чаще всего эти изделия используются в системах водоснабжения для подогрева холодной воды. Иными словами, они позволяют обеспечить дачу или частный дом независимым (и к тому же бесплатным) горячим водоснабжением. Устанавливаются такие батареи и в отопительных системах, но в этом случае требуется наличие целого ряда дополнительного (и не дешевого) электрооборудования.

Как он устроен

По сути, воздушный солнечный коллектор – это всего-навсего металлический ящик, причем его «лицевая крышка» выполнена из закаленного стекла (или из сотового поликарбоната). Внутри расположен главный элемент любого коллектора – абсорбер, теплопоглощающий блок. Он «отвечает» за нагрев теплоносителя (воды или же антифриза), и именно по типу абсорбера классифицируются все эти устройства. Внутри этого модуля циркулирует жидкость, которая нагревается под действием солнечных лучей, а затем передает накопленную энергию в контур водоснабжения.

Наружная поверхность абсорбера должна быть обязательно выкрашена черной матовой краской. Это необходимо для того, чтобы увеличить светопоглощение, а значит, и нагрев теплоносителя. Причем очень часто он обрабатывается дополнительным составом, который сводит к минимуму отражение солнечных лучей. Все это приводит к тому, что воздушные солнечные коллекторы могут поглощать до 99% лучей, преобразуя их в полезную энергию.

Слова «солнечный коллектор» знакомы многим. Но далеко не все знают, что это такое, как он работает, и какую практическую пользу из него можно извлечь. Чаще всего эти изделия используются в системах водоснабжения для подогрева холодной воды. Иными словами, они позволяют обеспечить дачу или частный дом независимым (и к тому же бесплатным) горячим водоснабжением. Устанавливаются такие батареи и в отопительных системах, но в этом случае требуется наличие целого ряда дополнительного (и не дешевого) электрооборудования.

Как он устроен

По сути, воздушный солнечный коллектор – это всего-навсего металлический ящик, причем его «лицевая крышка» выполнена из закаленного стекла (или из сотового поликарбоната). Внутри расположен главный элемент любого коллектора – абсорбер, теплопоглощающий блок. Он «отвечает» за нагрев теплоносителя (воды или же антифриза), и именно по типу абсорбера классифицируются все эти устройства. Внутри этого модуля циркулирует жидкость, которая нагревается под действием солнечных лучей, а затем передает накопленную энергию в контур водоснабжения.

Наружная поверхность абсорбера должна быть обязательно выкрашена черной матовой краской. Это необходимо для того, чтобы увеличить светопоглощение, а значит, и нагрев теплоносителя. Причем очень часто он обрабатывается дополнительным составом, который сводит к минимуму отражение солнечных лучей. Все это приводит к тому, что воздушные солнечные коллекторы могут поглощать до 99% лучей, преобразуя их в полезную энергию.

Плоские коллекторы

В этих изделия абсорбер выполнен в виде металлической панели, под который проходит змеевидная трубка для теплоносителя. Панель изготавливают из высокотеплопроводного материала (например, меди). Трубка же имеет сложную змеевидную форму. Это сделано не случайно. Дело в том, что чем больший путь проходит теплоноситель, тем сильнее он нагревается. Причем трубка должна быть прочно припаяна к листу абсорбера, чтобы обеспечить максимальный тепловой контакт. Лицевая часть изделия чаще всего представляет собой лист сотового поликарбоната. Для минимизации теплопотерь абсорбер изолируется от корпуса при помощи минваты.

Солнечный коллектор из поликарбоната достаточно эффективен, пользуется значительным спросом и его легко купить. Он может обеспечивать водой летний душ, применятся для подогрева бассейна или нагрева воды на даче. Наибольшей производительностью он обладает в ясную, солнечную погоду, причем может использоваться и зимой.

Вакуумные коллекторы

В этих изделиях используется принципиально иной тип абсорбера. А именно – система вакуумированных трубок. Каждая из этих трубок похожа на своего рода термос, в котором основу составляет медный стержень с теплоносителем, а оболочку – двойная стеклянная колба, между стенками которой создан вакуум. При этом внешняя стенка прозрачна, внутренняя – покрыта черной селективной краской. В единое целое эти трубки объединяются при помощи соединительных модулей. Таково в общих чертах устройство солнечного коллектора этого типа.

Данные изделия стоят дороже плоских моделей, но за счет конструктивных особенностей способны эффективно работать и в облачных условиях. Другими словами, при ясной погоде оба вида «выдают» практически одинаковые показатели. В пасмурные же дни, когда плоский коллектор практически бесполезен, КПД вакуумного лишь незначительно снижается.

Несмотря на кажущуюся сложность, вакуумные модели вполне ремонтопригодны. При выходе из строя какой-либо трубки их производительность снижается, но они не «останавливаются» полностью. Заменить же трубку не представляет труда, надо лишь приобрести аналогичную в соответствующем магазине.

Как работает коллектор

Общий принцип работы такой системы довольно прост. Солнечные лучи нагревают черную поверхность абсорбера, и это тепло передается находящейся в змеевике жидкости. Пройдя через змеевик, горячая вода попадает в специальный бак, вытесняя холодную жидкость в нагревательный контур коллектора.

Чаще всего система водонагревания для дома работает по принципу «кипятильника». Другими словами, воздушный солнечный коллектор подсоединяется к тепловому контуру, который погружается в накопительный бак с водой. Этот контур, как правило, делается в виде вертикальной трубчатой спирали, проходящей через весь объем емкости. Горячий теплоноситель, проходя через спираль, нагревает воду подобно классическому электрокипятильнику.

Виды систем водонагревания на основе солнечных коллекторов

Используется несколько способов интеграции таких коллекторов в контуры водоснабжения, и различаются они прежде всего по типу циркуляции теплоносителя.

Системы с естественной циркуляцией

В этом случае накопительный бак должен располагаться выше, чем солнечный коллектор. Согласно законам физики, нагретая в змеевике жидкость поднимается вверх и поступает в бак. Холодная же вода вытесняется вниз, и через нижний патрубок попадает в коллектор. Пройдя по змеевику, она нагревается и цикл повторяется. Такая система лучше всего подходит для небольшого водопотребления, например, летнего душа или кухни. Бак при этом достаточно оснастить только шлангом для отвода горячей воды (он должен располагаться в верхней части емкости) и шлангом для пополнения холодной водой.

Системы принудительной циркуляции

Часто их также называют «двухконтурными». В этом случае солнечный коллектор может располагаться как угодно относительно накопительного бака. Первый контур системы работает по методу «кипятильника», во втором контуре подачу (и, соответственно, циркуляцию) воды из емкости в водопроводные коммуникации обеспечивает дополнительный электронасос. Данный метод чуть более затратен с точки зрения обустройства (из-за установки вспомогательного оборудования), но двухконтурные системы более производительны и универсальны с точки зрения эксплуатации.

Приобрести солнечный коллектор с нужными параметрами довольно просто. В настоящее время эти устройства поступают на российский рынок в основном из Китая и Германии, но существуют и модели отечественных производителей, например, коллектор «Сокол».

Популярные модели

Система нагрева воды от солнечной энергии 9F-300

Китайская компания Hi-Min Solar, которая является одним из крупнейших производителей систем отопления, нагрева воды на солнечной энергии, выпустила адаптированную для России систему 9F/300 отопления и нагрева воды от энергии солнца. Эта система построена на базе плоского солнечного коллектора и ориентирована на временной промежуток с весны по осень.

Плоские солнечные коллекторы 9F/300

В комплекте поставки шесть плоских солнечных коллекторов, водяной насос, двухконтурный бак с термоизоляцией на 300 литров, расширительный бачок, контроллер с набором датчиков, а также теплоноситель. Также в поставку включается еще один насос, работающий от солнечной батареи. Это сделано на случай, если вдруг основной насос выйдет из строя или прекратит работу при отключении электричества.

Солнечные панели могут устанавливаться как на крыше, так и на земле, на специальной раме. Бак с водой должен устанавливаться в отапливаемом помещении. На случай длительной пасмурной погоды, когда энергии солнца недостаточно для нагрева воды, предусмотрена возможность электрического догрева.

Стоимость комплекса составляет 217000 рублей.

Комплект солнечного нагревателя THERMOSOLAR TS-400-4

Немецкая компания THERMO/SOLAR Ziar s.r.o. – крупнейшее европейское предприятие по разработке и производству гелиевых установок, в частности, солнечных коллекторов. Здесь выпускают комплексы на солнечных коллекторах для нагрева воды и отопления. Комплекс THERMOSOLAR TS-400 – один из образцов солнечных нагревателей семейства TS.

Солнечный водонагреватель THERMOSOLAR TS-400

Поставка комплектуется таким образом, что покупателю нужно только руководствоваться инструкцией по сборке и установке. Здесь предусмотрено абсолютно все, что необходимо для полной сборки комплекса. Единственное, что необходимо заказывать индивидуально, это трубы для соединения солнечного коллектора с нагревателем, так как в каждом отдельном случае эти магистрали различны как по длине, так и по конфигурации.

В комплект поставки входят четыре плоские солнечные панели, одноконтурный гелиевый регулятор с графическим дисплеем, датчик температуры, двухконтурный бак с термоизоляцией на 400 литров, 20 литров теплоносителя с диапазоном рабочих температур от – 50°С до +90°С, соединительная арматура, каркасы рам, крепления.

Стоимость комплекса – 212000 рублей.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками имеют совершенно другой принцип действия. Эти коллекторы, в отличие от плоских, представляют собой не цельную конструкцию, а набор теплогенерирующих элементов – вакуумных трубок. Вакуумные трубки представляют собой конструкцию, состоящую из стеклянной трубки, внутри которой находится медная трубка, покрытая специальным составом, поглощающим световое излучение (не обязательно прямое солнечное).

В этой медной трубке находится легко закипающая жидкость (температура закипания – до 40°С). Верхний конец медной трубки имеет несколько больший диаметр, чем сама трубка, и запаян. В верхней части запаяна также и стеклянная трубка, в которой предварительно был создан вакуум. Это сделано для обеспечения максимальной теплоизоляции медной трубки.

Вакуумная трубка

Вакуумные трубки монтируются на специальном каркасе, и своими верхними, расширенными концами входят в коллектор теплообменника, в котором циркулирует теплоноситель (вода или незамерзающая жидкость). При монтаже эти вакуумные трубки устанавливаются под наклоном.

При облучении такой трубки светом жидкость внутри закипает, пар поднимается в верхнюю часть. Охлаждаясь теплоносителем, циркулирующим в коллекторе, пар конденсируется, превращается в жидкость, и по стенкам трубки стекает вниз. Этот цикл повторяется бесконечно, при этом вырабатывается тепло, отдаваемое теплоносителю коллектора.

Солнечный коллектор на вакуумных трубках

В остальном система отопления, нагрева воды строится аналогично системам с плоским коллектором. Разница заключается лишь в принципе подогрева теплоносителя.

Нагреватель на вакуумных трубках «Дачник»

Торгово-производственной компанией «Эксморк» выпускается солнечный нагреватель «Дачник». Название говорит уже само за себя. Этот нагреватель предназначен для работы в теплый временной период с весны до осени, когда нет заморозков. В эти месяцы вода в баке может нагреваться до 95°С и использоваться как для душа, так и для нужд в летней кухне. Вода может нагреваться не только в ясную солнечную погоду, но и в пасмурную, хотя, конечно, не так быстро.

Солнечный нагреватель на вакуумных трубках «Дачник»

Этот комплекс представляет собой типичный одноконтурный нагреватель, не требующий для работы никакой энергии, кроме светового излучения. В комплект входит бак на 100 литров с термоизоляцией, 16 вакуумных трубок, каждая длинной в 1.5 метра.

Стоимость комплекта – 14000 рублей.

Если сделать обзор водонагревательных систем на вакуумных трубках различных фирм ФРГ, как, например, Buderus, Viessman, OEG, то можно увидеть, что все они построены по одному принципу. Разница состоит в исполнении, материалах, мощности. По ценам они также мало отличаются друг от друга.

Средняя цена солнечной водонагревательной системы, аналогичной по мощности системе THERMOSOLAR TS-400, составляет от 240 тысяч до 280 тысяч рублей.

Конечно, подобные солнечные водонагревательные системы стоят недешево. Но, если учесть, что они практически не потребляют никой другой энергии, а работать могут круглый год, то экономия средств довольно быстро покроет затраты на приобретение этих установок. Тем более, что сейчас появились комбинированные вакуумные трубки с солнечными батареями, которые вырабатывают электрический ток, необходимый для питания, например, водяных насосов и дополнительного подогрева воды в баке.