Можно ли использовать солнечный коллектор для отопления зимой

В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников. Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика.

Данная статья познакомит читателя с их разновидностями, а также поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой.

От чего зависит работа солнечного коллектора в зимнее время

Эффективность солнечных батарей зависит от следующих факторов:

• географическое положение;
• климат;
• угол наклона принимающей поверхности;
• размер общей площади, служащей для поглощения лучей солнца;
• количество пасмурных дней;
• наличие осадков (иней, снег, дождь);
• устройство и форма солнечного коллектора.

Зная и учитывая эти особенности, можно подобрать подходящий вариант солнечной коллектора, который будет соответствовать заданным запросам. Работа солнечных батарей зимой зависит от региона — а точнее, от количества получаемого излучения.

Наибольшее количество солнечной энергии получают южные регионы страны — Ставропольский и Краснодарский края, Ростовская область, республики Северного Кавказа. Немало солнца достается и Дальнему Востоку. Южные области Сибири, Урала и Поволжья тоже получают достаточно излучения. Самые бессолнечные регионы — Северо-Западный округ, Западный и Северный Урал, Западная Сибирь, северо-восток страны (Чукотский АО, север Якутии и Красноярского края).

Производительность работы гелиосистем зимой

Использование экосистем летом ни у кого не вызывает сомнений. А вот как работают солнечные батареи зимой, остаётся больным вопросом у пользователей.

Можно с уверенностью сказать, что солнечные коллекторы зимой работают. Разумеется, эффективность их снижается, и требуется дополнительный источник обогрева. Ведь зимой солнце тоже ясно светит, а в пасмурные дни абсорбер собирает отражённый солнечный свет, проходящий сквозь тучи.

Производительность батареи зависит и от угла наклона её по отношению к горизонту. Его выставляют так, чтобы максимально использовать свет в течение короткого зимнего дня.

Снегопады значительно ухудшают работу коллектора, поэтому очистка его от налипания снега – главное условие эксплуатации зимой. Снег – враг для плоского устройства. Вакуумные батареи имеют свойство нагревать всю колбу и самоочищаться. Но иногда и их приходится чистить принудительно.

Воздействие осадков

То, как солнечные батареи работают зимой, зависит от их вида.

Вакуумные панели за счет своей конструкции и большего угла наклона относительно земли могут работать и при рассеянном свете, в пасмурную погоду. При засыпании снегом плоские панели не работают совсем, а эффективность вакуумной панели снижается на 10%-15%. Это же правило касается заиндевения. Наледь не мешает работе коллектора, т.к. она прозрачна и не препятствует проникновению излучения к принимающей поверхности.

Колебания температур не оказывают существенного влияния на уровень эффективности. Верхний слой вакуумных трубок не нагревается и не охлаждается, они надежно сберегают тепло. Плоский коллектор отдает примерно 5% тепла.

Дождь и град наносят больший ущерб плоским устройствам, чем вакуумным. Но вакуумные сложнее очищать — на них скапливается снег и образуется наледь.

Когда у коллектора нет доступа к прямому солнечному свету, он перестает работать. Вакуумные коллекторы могут нагревать воду или теплоноситель от рассеянного света, но их эффективность при этом снижается. Плоским панелям нужно прямое солнечное излучение, иначе они нагревают воду намного хуже вакуумных трубок. Плоские солнечные панели лучше работают летом, а принцип работы вакуумного трубчатого коллектора позволяет более эффективно греть воду зимой.

Когда поверхность панели или трубок засыпает снегом, эффективность вакуумного солнечного коллектора падает до 10-15% от номинальной, а плоских панелей – до 0%. То же самое касается инея.

В случае, если на коллекторе появляется наледь, он продолжает работать, так как она почти прозрачная и свет проникает на принимающую поверхность.

Еще одно отличие двух типов коллекторов в том, насколько они удерживают снег. С плоских панелей он легко сползает, а на вакуумных трубках задерживается, так как площадь сцепления с поверхностью больше и сама их форма этому способствует.

Температурные колебания

Качественные вакуумные трубки с напылением не отдают тепло, верхний слой не нагревается, поэтому от температуры воздуха их эффективность не зависит. Плоский солнечный коллектор отдает небольшое количество тепла в атмосферу, но оно не превышает 5% для качественных изделий.

Теплопотери обоих типов гелиосистем настолько малы, что ими можно пренебречь. Поэтому эффективность работы коллекторов не зависит от температуры.

У обоих типов коллекторов есть вероятность повреждения при сильных перепадах температуры. У некачественных плоских панелей есть вероятность появления трещин. Это приводит к небольшим теплопотерям. У плоских солнечных коллекторов хороших производителей такой риск отсутствует – их покрытие сделано из гибкого полимерного стекла.

Вакуумные трубки более подвержены колебаниям температур. При быстром нагреве стекло расширяется и не всегда равномерно. Особенно если часть трубок занесены снегом. За счет этого могут появиться трещины и разгерметизация стеклянных колб. В таком случае поврежденная трубка перестает работать.

Защититься от перепадов температур практически невозможно. Единственный вариант – покупать солнечные коллекторы у проверенных производителей и поставщиков. Важно отметить, что даже китайские производители без собственных торговых марок часто изготавливают качественную продукцию.

Самодельный солнечный коллектор для отопления дома

Альтернативные источники энергии с каждым годом получают всё большее распространение. Это и не удивительно, ведь человечество стремится максимально эффективно использовать имеющиеся в наличии ресурсы и при этом не наносить вред окружающей среде.

Внимание! Самым перспективным источником энергии считается солнце.

Именно поэтому всё больше людей задумывается о том, как сделать солнечный коллектор для отопления дома своими руками. Во многом это вызвано открытостью и доступностью данной технологии для широких масс.

Дело в том, что каких-то 20 лет назад о подобном нельзя было даже подумать. Но быстрое развитие технологий подтолкнуло промышленность к оптимизации существующего производства и созданию систем, которые по силам сделать каждому.

Главный плюс солнечной энергии заключается в её бесконечности. Мало того, специальные приспособления позволяют получать достаточно тепла даже в зимний период. Подобного эффекта можно достигнуть, если сделать самодельный солнечный коллектор для отопления дома на вакуумной основе. Но подобная конструкция довольно сложна и требует дорогостоящих материалов.

Принцип работы

Перед тем как приступать к постройке самодельного солнечного коллектора для отопления дома не помешает разобраться за счёт чего он способен эффективно нагревать воду. Условно устройство можно поделить на три составных части:

• аккумулятор,
• световой улавливатель,
• теплоноситель.

Задача аккумулятора самодельного солнечного коллектора для отопления дома преобразовывать солнечную энергию. В вакуумных конструкциях действует принцип термоса.

Обычно в качестве теплоносителя используется вода. Но для большей эффективности лучше залить внутрь самодельного солнечного коллектора для отопления дома антифриз. Также если вы хотите использовать его и зимой, необходимы дополнительные теплообменники, два контура и большая площадь пластин.

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

• обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
• обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м² земли называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная – 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м²

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м² в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д.

С всеми видами альтернативных источников энергии и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

• Летний вариант для горячего водоснабжения
• Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Используемые источники:

ekoenergia.ru, altenergiya.ru, teplosten24.ru, microklimat.pro, aqua-prime.by, sovet-ingenera.com, vteple.xyz