Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.

Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.

Какой солнечный коллектор лучше выбрать

У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.

Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м². Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м².

Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м².

Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.

Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м², в апреле и сентябре 350 Вт/м², а в июне 600 Вт/м². Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.

Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.

Сборка и установка коллектора на крышу

Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.

Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.

Необходимые инструменты и материалы для монтажа солнечного коллектора

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:

• кран или подъемник;
• строительные леса;
• кровельная лестница;
• страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
• строительный уровень;
• вакуумный захват;
• изоляционный материал для труб.

От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.

В Европе востребованными являются установки для отопления дома, производимые по чертежам Станислава Станилова – известного изобретателя и инженера из Болгарии. Собрать такой солнечный коллектор своими руками можете и вы, руководствуясь далее приведенной схемой выполнения работ:

1. Берем деревянные доски сечением 12х2,5 (3) см, сколачиваем из них короб, усиливая дополнительно его днище брусками 5х3 см.
2. Укладываем на дно получившегося ящика теплоизолирующий материал – минвату, пенополистирольные либо пенопластовые плиты, а сверху – лист жести или обыкновенного железа.
3. Из стальных труб нужно будет сделать радиатор трубчатого типа (сварить между собой несколько трубных изделий) и установить его в короб.
4. Тщательно фиксируем радиатор стальными трубными хомутами. замазываем щели и зазоры в ящике, герметизируем его.
5. Внешние элементы конструкции окрашиваем в белый либо серебристый цвет (тем самым значительно уменьшаем тепловые потери), радиатор и дно короба – в черный цвет.

После этого нужно будет сделать тепловой накопитель и специальную аванкамеру. Функцию первого может выполнять любая герметичная емкость объемом 150–400 литров. Допускается брать несколько баков и соединять их между собой. Аванкамеру несложно сделать из сосуда (обязательно герметичного) объемом 40 и более литров. В нее следует поместить обычный шар-кран, используемый в сливном бачке унитаза. Он необходим для формирования небольшого, но постоянного давления в камере.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору

Использование простой системы для отопления и горячего водоснабжения в зимнее время возможно, если в качестве теплоносителя применяется антифриз, а бак-накопитель дополнен вспомогательным обогревательным элементом (например, ТЭНом). При использовании антифриза изменяется конструкция бака – в него монтируется змеевик (чаще всего медный), благодаря которому происходит циркуляции теплоносителя в баке. Хорошая проводимость металла позволяет отдавать тепло антифриза воде в баке.

В конструкцию рекомендуется включить циркуляционный насос и расширительный бак. Иногда для разделения воды, которая используется для отопления (техническая) и личного использования (питьевая) в бак монтируют внутренний резервуар. Он располагается в верхней части бака (где собирается горячая вода) и подключен к системе водоснабжения (с помощью вентиля забирается горячая вода, а резервуар заполняется холодной жидкостью). При этом система отопления подключена к основному баку.

Где гелиоустановка будет наиболее эффективна

В вопросе замены отопления гелиоустановкой нужно учитывать ряд факторов, влияющих на ее эффективность.

Во-первых, необходимо правильно выбрать тип гелиосистемы. В этом вопросе следует учитывать площадь помещения и его предназначение. Чаще всего это частный дом, в котором проживает семья из 4-5 человек.

Во-вторых, внимательно просчитать потребности в тепле, исходя из максимального потребления в холодное время года. Сопоставить эти цифры с количеством вырабатываемой энергии 1 кв. м гелиоустановки. Останется рассчитать площадь солнечной конструкции, способной справиться с отоплением конкретного помещения.

Полученная величина станет основным фактором при определении места размещения системы. Обычно владельцы домохозяйств предпочитают использовать крышу или стену дома. Редко используют придомовой участок или крышу гаража. Иногда сооружают специальные подставки для монтажа установки.

Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Солнечные коллекторы, подключаемые к отдельно стоящему баку теплонакопителю, относятся к классу водонагревателей для круглогодичного использования. Нагрев воды продолжается в любое время года, при условии, что будет ярко светить солнце и температура воздуха не упадет ниже –50°С.

Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, удаленный от источника тепла. В качестве теплоносителя используется антифриз. Нагрев ГВС коллектором с выносным баком осуществляется следующим образом:

• абсорбер аккумулирует тепло и передает его жидкостному теплоносителю;
• под давлением, нагретый антифриз поступает в теплообменник бака накопителя;
• при прохождении через змеевик бака, теплоноситель нагревает воду.

Солнечные водонагревательные установки способны компенсировать около 50% затрат тепла на нагрев воды. Экономия в года составляет около 300 м³ газа или 4 м³ дров. Даже несмотря на необходимость первоначальных вложений, накопительный водонагреватель, работающий от солнечных батарей крайне выгоден. При коммерческом применении окупаемость наступает спустя 2-3 года интенсивной эксплуатации, а срок службы коллекторов составляет от 30-50 лет.

Чтобы понять насколько горячее водоснабжение на солнечных коллекторах выгодно, стоит рассмотреть, несколько важных вопросов:

• как работает гелиосистема;
• сколько воды сможет нагреть гелиоколлектор в течение дня.

Хорошее понимание перечисленных моментов поможет выбрать наиболее подходящую гелиосистему в каждом конкретном случае.

Применение солнечных коллекторов: классические схемы подключения

Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.

Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.

Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.

Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.

Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.

Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.

Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.

Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:

1. Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
2. Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
3. Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:

• кран или подъемник;
• строительные леса;
• кровельная лестница;
• страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
• строительный уровень;
• вакуумный захват;
• изоляционный материал для труб.

От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.

При установке солнечного водонагревателя или системы отопления к устройству обязательно подключают накопительный бак. Он нужен из-за непропорционального расхода энергии и распределения генерируемого тепла. Со временем бак заполняется водой, которой владельцы системы используют по своему усмотрению.

Рекомендуется устанавливать стандартный бойлер или буферную емкость. Рационально построенная конструкция представляет собой соединение коллектора с теплопроводником, который сообщается с бойлером.

Подключение бойлера косвенного нагрева к котлу. 3 проверенных схемы

Допустим, что бойлер косвенного установлен на расстоянии 15 метров до крана. В таком случае, если откроете кран, придется подождать некоторое время, чтобы полилась с него горячая вода. Для реализации схемы рециркуляции мы находим самую дальнюю точку горячего водоснабжения и с помощью тройника подключаем еще одну трубу, возвращая ее обратно в бойлер. Получается, что мы закольцовываем систему, устанавливаем специальный циркуляционный насос для рециркуляции, для ГВС и после этого у нас в кольце постоянно будет циркулировать горячая вода, нагретая в бойлере. Теперь даже в самой дальней точке открыв кран, в ту же секунду польется горячая вода.

Чтобы минимизировать потерю тепла все трубы, по которым идет циркуляция горячей воды от бойлера, нужно изолировать теплоизоляцией. У большинства бойлеров уже есть специальный выход для подключения линии рециркуляции. На линии устанавливается специальный насос, рассчитанный именно для рециркуляции ГВС. Насосы, которые используются для отопления не подходят для этой цели. Насос обычно устанавливается в пределах полутора метра от бойлера и обвязывается двумя кранами. Также рекомендуется установить сетчатый фильтр и обратный клапан. При подключении трубы – линии рециркуляции к самому бойлеру достаточно установить быстроразъемное соединение. Кран можно не монтировать, так как кран имеется на самом насосе. Если в бойлере нет специального выхода для подключения линии рециркуляции, тогда берем тройник и устанавливаем на входе холодной воды, перед бойлером.

Рекомендуется до установки солнечного водонагревателя убедиться в целостности и работоспособности гидравлической системы, в которой он будет монтироваться, а также проверить отсутствие утечек и правильность подсоединения водопроводной сети.

Установка солнечного водонагревателя производится в соответствии с маркировкой, указанной на корпусе. Рекомендуется устанавливать солнечный водонагреватель максимально близко от места использования горячей воды, чтобы сократить потери тепла в трубах магистрали.

Монтаж компактного солнечного нагревателя производите в прохладную погоду либо в прохладное время суток. Не допускайте нагрева вакуумных трубок на солнце при монтаже.

Внимание: даже нагретые на солнце снаружи исправные вакуумные трубки всегда остаются холодными. По окончании монтажа системы заполните бак водой и проверьте систему на герметичность.

Важно ознакомиться с предлагаемой схемой с целью правильного расположения внешних компонентов монтажа системы и их размещения в баке аккумуляторе.

При установке этой системы подсоедините подачу воды к трубе, находящейся внизу бака (с меткой входа подачи холодной воды). Плотно затяните предохранительный клапан наверху бака. После завершения монтажа соединений, откройте дренажное отверстие предохранительного клапана, чтобы сбросить давление из бака. Закройте отверстие после того, как бак будет заполнен водой.

Цилиндрические и кубические баки отличаются своими размерами. Их объем указывается в литрах: существуют небольшие модели на 80-100 л, но есть и громоздкие, вмещающие до 1400-1500 л. Размер подбирают, исходя из потребности семьи в горячей воде.

Габариты важны при монтаже. Для настенной установки подходят только легкие модели – до 200 л, все остальные имеют напольное исполнение. И горизонтальные, и вертикальные настенные устройства в комплекте имеют специальные крепления, напольные оснащены ножками или небольшой подставкой.

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

• низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
• среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
• высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

• плоские водонагреватели;
• вакуумные термосифонные устройства;
• гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Инструкция по сборке и подключению своими руками

Сборка бойлера происходит после подготовки всех комплектующих.
В баке просверливаются отверстия: для крана заполнения водой, входа и выхода теплоносителя. Если решено установить ТЭН, то для него снизу также устраивается отверстие.

• Далее в емкость устанавливается змеевик, и трубки проводятся в отверстия с помощью специальных переходников, которые желательно вварить в корпус бойлера. Возможны и иные варианты, но главное, чтобы отверстия были заделаны герметично.
• Ко дну привариваются ножки (если они предусмотрены).
• Устанавливается ТЭН, если это было запланировано.
• Затем змеевик подключается к контуру отопительной системы, согласно схеме.
• Подсоединяются труба для поступления холодной воды и кран для отбора воды подогретой. Можно сразу сделать разводку в точки водоразбора — в кухонное помещение и ванную комнату.

Схема горячего водоснабжение и отопления

Если вы хотите обеспечить работу как отопления, так и горячее водоснабжения, нужно соединить в одну схему два рассмотренных ранее варианта. Для решения задачи вам понадобиться использование бойлера с дополнительной емкостью, оснащенной змеевиком для циркуляции теплоносителя. Во внутреннем меньшим по размеру баке жидкость нагревается намного быстрее. При этом она будет отдавать тепло в общую емкость больших габаритов.

Бойлер нужно обязательно подключить к еще одному источнику тепла. Для этой цели годятся все виды котлов. Они могут быть электрическими, газовыми или твердотопливными.

Солнечная батарея осуществляет нестабильный нагрев теплоносителя. Это может привести к быстрому охлаждению жидкости или наоборот к ее перегреву. Чтобы избежать этого, нужно применять автоматику, которая будет контролировать температуру в контуре.

Мы разобрались с методами обвязки контуров на основе солнечных коллекторов. Поэтому теперь перейдем непосредственно к способам самостоятельного изготовления их.

Актуальность организации гелиосистемы

Монтаж солнечных батарей

Перед приобретением или самостоятельным изготовлением преобразователя следует узнать – будет ли отопление частного дома солнечными батареями достаточно эффективным. Для этого необходимо провести детальный анализ всех факторов, влияющих на КПД будущей системы.

Для начала определяется показатель солнечной инсоляции. Это количество солнечной энергии, падающей на поверхность земли в конкретном регионе. От этого будет зависеть степень нагрева теплоносителя или объем генерируемого тока. Солнечные радиаторы для отопления дома в идеальном варианте должны работать независимо от сезона. Однако фактически это получается далеко не всегда.

Солнечная инсоляция

Также пассивная система солнечного отопления может изменять свою эффективность работы из-за угла наклона панели. Он же зависит от сезона. Для определения теоретически возможной энергии можно воспользоваться данными из таблицы.

Уже на основе этих данных можно сделать расчет солнечного коллектора для отопления с учетом его технических и эксплуатационных характеристик. Но кроме этого следует учитывать такие факторы:

• Местонахождение дома. Падению солнечных лучей не должны препятствовать природные или искусственные объекты – горы, высокие дома, высокий лес и т.д;
• Место для установки. Комбинированное солнечное отопление потребует большого пространства – от 2 до 10 м². Чаще всего для этого используют крышу дома. При этом она должна быть адаптирована для монтажа коллекторов или солнечных батарей;
• Требуемая тепловая мощность. Зачастую солнечные системы отопления частного дома используются в качестве вспомогательных.

Отличительные особенности бойлера для системы отопления

Как известно, бойлер – это закрытый сосуд, который имеет два отверстия. Первое отверстие служит входом для холодной воды, второе – выходом для горячей. Питается бойлер от электрической сети. Все бойлеры делятся на две группы – проточные и накопительные. В накопительном бойлере происходит нагрев определенного количества воды (количество воды зависит от водоизмещения бойлера), в проточном бойлере можно нагреть любое количество воды, но для этого требуется больше электроэнергии.

Надо сказать, что использовать бойлер для отопления – вполне возможно, более того, сегодня производители выпускают бойлеры, специально предназначенные для нагрева воды в системе. Эти бойлеры имеют два существенных отличия от, предназначенных исключительно для нагрева воды для бытовых целей – например, для купания или мытья посуды.

• Во-первых, в таких бойлерах вход для холодной воды расположен снизу, а выход для горячей воды – сверху. Такое расположение отверстий объясняется тем, что когда вода нагревается, она поднимается вверх, а следовательно, наиболее горячая вода расположена в верхней части бойлера, и именно использование такой воды сделает систему отопления максимально эффективной.

Похожие записи:

• Единое пособие с 1 января 2023 года в Краснодарском крае
• Льготы многодетным в 2024 году в Санкт-Петербурге на электричку
• ​Пособие по инвалидности в 2022 году