Многих из нас беспокоят постоянно растущие цены на отопление и горячее водоснабжение и заставляют задуматься о том, как можно сократить расходы на электроэнергию либо свести их к нулю. Но есть ли способ снижения затрат на электроэнергию, который также будет экологически безопасным? Использование солнечных коллекторов – это ответ.

Такие коллекторы, называемые также гелиосистемами, способны аккумулировать солнечную энергию для нагрева воды. Установка такой системы позволяет дополнительно поддерживать тепло в доме весной и летом. Отмечается, что обладатели таких систем получают горячую воду и тепло абсолютно бесплатно.

Устройство и принцип работы солнечных коллекторов

Миниатюрная теплица – вот что представляет собой простейший солнечный коллектор. Он состоит из металлических пластин черного цвета, заключенных в стеклянный или пластиковый корпус и устанавливается на крыши зданий. Солнечный коллектор эффективно накапливает солнечную энергию и перенаправляет ее на трубы, скрытые под пластиной, в которых циркулирует вода. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его производительность.

Хотя принцип работы для всех видов солнечных коллекторов одинаковый, их конструкция во многом отличается, зависящая от типа коллектора и области применения.

Неиспользованная вода из резервуара опускается вниз, освобождая место для нагретой воды из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и затем возвращается в резервуар. Таким образом, вода в накопительной емкости всегда остается горячей, а ее температура в ясные солнечные дни может достигать 70 °C.

Типы и характеристики бытовых солнечных коллекторов для отопления и нагрева воды

Представленная схема работы бытового коллектора для использования солнечной энергии упрощена. Но на деле, конструкция солнечных систем намного сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов с их собственными конструктивными особенностями.

Как правило, бытовые солнечные коллекторы выполняют одну из двух функций: нагрев воды или отопление. Перед выбором типа коллектора стоит учитывать его конструкцию, где и как будет использоваться, а также климатические условия места, где он будет установлен.

Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов бытовых солнечных коллекторов:

1. Плоские коллекторы

Этот тип наиболее простой и имеет плоскую структуру. Он состоит из стеклянной панели, куда попадает солнечный свет, а также проходящей через нее жидкости, которая прогревается и используется для отопления или нагрева воды.

2. Трубчатые коллекторы

Такие коллекторы имеют тубусную конструкцию, что позволяет им собирать энергию солнца с большей удельной эффективностью по сравнению с плоскими коллекторами. Данный тип коллектора подходит для использования в регионах с небольшим количеством солнечных дней.

3. Вакуумные трубки

Это наиболее эффективный вид бытовых солнечных коллекторов. Каждый коллектор содержит несколько рабочих вакуумных трубок, которые собирают и сохраняют энергию солнца для различных нужд. Такие коллекторы могут работать даже при низких температурах и в условиях облачной погоды.

Независимо от выбранного типа бытового солнечного коллектора, он является экологически чистым и экономичным и сможет обеспечить Вас необходимой энергией для Ваших нужд.

Плоские солнечные коллекторы, представляющие собой один из наиболее распространенных типов, являются более доступным вариантом, однако, по сравнению с другими моделями, они теряют больше тепла. Коллекторы данного типа состоят из нескольких основных элементов. В частности, плоскостной поглотитель – это металлический лист, покрытый специальной краской, которая предоставляет темную окраску. Этот лист соединен с теплопроводящими трубами и является ответственным за накопление солнечных лучей и перевод их в форму тепловой энергии. После этого полученное тепло передается жидкости-теплоносителю, который содержит воду и гликоль. Эта жидкость направляет полученное тепло в солнечный аккумулятор. Кроме того, в коллекторе присутствуют прозрачные стеклянные панели, которые защищают поглотитель от негативного воздействия окружающей среды и создают парниковый эффект, а также теплоизоляционный материал, выполненный из минерального волокна, который играет аналогичную роль и снижает возможные потери тепла.

Солнечные коллекторы вакуумного типа представляют собой стеклянные трубки, внутри которых расположены устройства, способные поглощать солнечный свет. Они находят свое применение благодаря тому, что вакуумный слой, который окружает коллекторы, является идеальным теплоизолятором, что позволяет минимизировать теплопотери устройства. Вакуумные коллекторы бывают двух видов - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый тип предпочтительнее использовать в условиях, когда коллекторы работают круглый год, а второй - в период с апреля по сентябрь, когда наружная температура достаточно высока.

Концентрирующие устройства

Весной, летом и осенью угол падения дневных лучей солнца на поверхность земли превышает 120 градусов – этот угол является оптимальным для использования неподвижных солнечных коллекторов. Для достижения эксплуатационной температуры в диапазоне от 120 до 250 градусов Цельсия используются концентрирующие устройства, такие как параболические отражатели, которые располагаются под поглощающими элементами коллекторов. Они сосредотачивают солнечные лучи и, следовательно, направляют больше энергии на панель. Для достижения еще более высоких температур, необходимо использовать устройства отслеживания солнца. Однако, это довольно дорогостоящее решение, поэтому оно применяется в основном в промышленных целях.

Солнечные воздушные коллекторы - это тип устройств, предназначенных для использования в целях нагрева воздуха. Они представляют собой простые плоские коллекторы, которые можно использовать для отопления помещений или сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух, который необходимо нагревать, проходит через поглотитель. Этот процесс может осуществляться как с помощью естественной конвекции, так и за счет воздействия вентилятора. Однако следует учитывать, что использование вентиляторов может потребовать дополнительных затрат энергии на их работу.

Кроме того, стоит отметить, что срок службы солнечных коллекторов может колебаться от 15 до 30 лет, в зависимости от типа и производителя. Однако дешевые продукты от азиатских производителей могут быть менее надежными, в то время как продукция от лучших немецких компаний может прослужить еще дольше заявленного срока.

Высокая эффективность солнечных коллекторов для дома зависит от правильного расчета мощности. При этом важно знать несколько параметров, таких как площадь поглощения, величину инсоляции в вашей местности и КПД самого коллектора.

Предположим, что вам нужен коллектор площадью примерно 1 кв. м, который состоит из 7 трубок. Каждая трубка имеет площадь поглощения в размере 0,15 кв. м. Для того, чтобы рассчитать получаемую мощность за 1 день, необходимо использовать следующую формулу: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт•час/кв. м.

Если предположить, что в доме есть вакуумные трубки теплового коллектора, то в среднем за сутки одна трубка вырабатывает 0,325 кВт•час. Однако, в наиболее солнечные месяцы (летние) выпуск тепла возрастает и может достигать 0,545 кВт•час.

Интересный факт заключается в том, что, согласно данным статистики, для одного человека в домашнем хозяйстве, нужно потратить от 2 до 4 кВт тепловой энергии на использование горячей воды ежедневно.

Использование солнечных коллекторов в разных странах мира уже давно стало обыденным делом. Несмотря на это, в России это является новинкой. Бум использования солнечных коллекторов начался в 1970-х годах, когда произошел нефтяной кризис. Тогда жители многих стран (от США до Японии) начали активно использовать энергию солнца. На сегодняшний день в Израиле более 85% населения используют солнечные коллекторы. Всего мощность солнечных коллекторов в мире превышает 200 гигаватт тепловой энергии, и это число продолжает расти.

В разных странах количество солнечных коллекторов в расчете на 1000 человек различается. Например, в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, в Австрии – 450 кв. м, а на Кипре – около 800 кв. м. В России этот показатель на данный момент крайне низкий – всего 0,2 кв. м на 1000 человек.

Многие пользователи могут сомневаться в эффективности использования солнечных коллекторов в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней гораздо меньше, чем в южных широтах. Тем не менее, расчеты, проведенные в РАН, показывают, что даже в таком климате солнечные коллекторы эффективны. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади, а в ясную погоду в полдень достигает максимального значения в 1000 Вт. Поэтому если установить солнечный коллектор площадью 2 кв. м, то вода в баке емкостью 100 л ежедневно будет прогреваться до температуры от 37 °С и выше, а в летние месяцы это значение будет выше.

Солнечные коллекторы можно использовать для различных целей – для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов и обеспечения электричеством теплиц. Кроме того, они могут легко интегрироваться в любую систему водоснабжения и теплоснабжения, а установка их относительно проста. Это, в свою очередь, позволяет сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. Надежные производители солнечных коллекторов среди которых, например, FUTUS-NUKLEON из Австрии-Чехии, TiSUN из Австрии и Ferroli из Италии, приобрели доверие потребителей. Особенно популярны среди специалистов солнечные коллекторы от немецких производителей – Wolf и Vaillant, которые не только предлагают надежную продукцию, но и постоянно совершенствуют системы и внедряют новые технологии.

Цена гелиоустановки для дома зависит от типа коллектора, сложности системы и мощности, а также от производителя. Например, относительно небольшие установки с номинальной мощностью около 2 кВт•ч для частных домов, коттеджей и дач в базовой комплектации стоят от 160 000 рублей. Более мощные системы, объединяющие несколько коллекторов общей мощностью около 6 кВт•ч и предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в зимний период, будут стоить 270 000 рублей. Стоимость монтажа и настройки прибавляется к этим ценам.

Вопрос об окупаемости коллектора часто возникает у потенциальных покупателей. Срок окупаемости напрямую зависит от режима эксплуатации. Солнечные коллекторы годятся для поддержания отопления в отопительный период лишь на 25%, а для горячего водоснабжения в летние месяцы — на 80-90%. Окупаемость соответственно зависит от ежемесячных расходов на тепло и горячую воду. В целом, срок окупаемости гелиоустановок колеблется от 2 до 8 лет. Это является доказательством экономической целесообразности и перспективности использования технологии в России.

Фото: freepik.com