Плоские солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор – это изделие, предназначенное для нагрева воды под действием солнечных лучей. Иными словами, он превращает энергию солнца в тепловую энергию жидкого теплоносителя, причем нагрев может достигать весьма значительных температур. Именно поэтому плоские коллекторы используются в системах ГВС и отопления, особенно – частных домов.

Немалую роль играет и невысокая стоимость таких коллекторов. Расценки на них начинаются от 12 тыс. рублей и зависят от площади изделия, производительности, фирмы-изготовителя и некоторых конструктивных особенностей (например, типа покрытия лицевого стекла или нюансов устройства абсорбера).

Устройство и работа

Основа такого коллектора – абсорбер, в котором и происходит нагрев теплоносителя (в бытовых моделях используется вода, в заводских может применяться жидкость со свойствами антифриза).

Абсорбер представляет собой тонколистовую металлическую пластину (обязательно – черного цвета для лучшего лучевого поглощения), к которой снизу плотно прилегает (приваривается) змеевидная трубка малого сечения. По этой трубке и циркулирует вода, нагреваясь в ходе прохождения под пластиной металла. Размещается абсорбер внутри корпуса (деревянного или металлического), причем стенки и дно его в обязательном порядке теплоизолируются.

Это делается для предотвращения теплопотерь, которые неминуемо возникнут, если абсорбер будет контактировать с корпусом. Лицевая часть корпуса закрывается закаленным стеклом с особыми оптическими свойствами (в самодельных моделях можно использовать оргстекло).

Разогретая вода поднимается из коллектора и поступает в накопительный бак, холодная вода из бака подается в коллектор. Из этого накопителя вода расходуется на бытовые нужды, доливаясь холодной по мере надобности. Причем возможны два варианта устройства: вода-теплоноситель поступает непосредственно в бак, смешиваясь с холодной (одноконтурная система) или же она проходит сквозь жидкость в баке по тонкой трубке, прогревая его объем, как кипятильник. По мере прохождения теплоноситель остывает и возвращается в коллектор, не смешиваясь с водой в баке (двухконтурная система).

Особенности плоских коллекторов

Среди преимуществ таких устройств выделяются:

• Простота конструкции;
• Малая стоимость;
• Высокая степень надежности;
• Высокая производительность (особенно – летом);
• Возможность сэкономить до 70% затрат на подогрев воды;
• Идеальное соотношение цены/качества для теплого климата и южных широт;
• Возможность самостоятельного изготовления;
• Способность самоочистки от снега и опавших листьев (за счет гладкой поверхности);
• Длительный эксплуатационный период.

Однако при низких температурах (зимой, в межсезонье) производительность таких коллекторов ощутимо падает, что связано с резко возрастающими тепловыми потерями. Кроме того, эти изделия обладают достаточно высокой парусностью (из-за большой площади), это обязательно надо учесть при установке, иначе коллектор может быть сорван сильным порывом ветра. Также при установке на крыше можно столкнуться с целым рядом сложностей, поскольку панель надо поднимать целиком. При этом она должна быть ориентирована строго на юг, иначе ее производительность будет меньше задуманной.

Эксплуатация

При эксплуатации плоских коллекторов надо учитывать несколько факторов. Во-первых, их поверхность ни в коем случае не должна затеняться (деревьями или другими домам), это приведет к критичному падению производительности. Во-вторых, после сильных осадков (например, с градом) или ветра надо осматривать лицевое стекло. Дело в том, что град или принесенный ветром мусор могут повредить его поверхность. Главным образом это касается сотового поликарбоната, который чаще всего используется в бытовых моделях. Такие царапины приводят к резкому ухудшению оптических свойств, а значит, ухудшению прохождения солнечных лучей. Иными словами, к снижению производительности.

Плоские коллекторы целесообразнее применять именно летом, в условиях теплой и солнечной погоды. В этом случае они полностью оправдают все затраты на приобретение, установку и интеграцию системы. Причем отличный вариант для сведения затрат к минимуму – самостоятельное изготовление плоского коллектора.

Изготовление

Самостоятельно сделанные плоские солнечные коллекторы прекрасно подойдут для подогрева воды на даче (в душе или для бытовых нужд), а вот для обеспечения ГВС большого коттеджа их производительности будет маловато. Поэтому прежде, чем приступить к работе, надо оценить экономическую целесообразность затрат и сопоставить с требуемым результатом.

• Тонким листом металла для абсорбера;
• Трубчатым змеевиком для воды;
• Защитным стеклом;
• Заготовками для собственно корпуса;
• Вспененной теплоизоляцией для корпуса;
• Сантехническими переходниками, заглушками, фитингами;
• Оборудованием для пайки металла и инструментом для сборки корпуса.

Кроме того, перед началом работ надо заранее прикинуть, какой объем воды должен нагревать один коллектор. От этого будет зависеть количество требуемых материалов.

Абсорбер и змеевик

Для абсорбера подойдет лист меди, в крайнем случае – алюминия. С наружной стороны его нужно обязательно выкрасить матово-черной порошковой краской для лучшего нагрева.

Змеевик можно подыскать готовый. Но лучше сделать самому из тонких медных трубок, предназначенных для отопительных систем. Трубки спаиваются между собой через сантехнические переходники-тройники, таким образом, чтобы получилась конструкция, похожая на лестницу. На неиспользуемых торцах устанавливаются сантехнические заглушки.

Корпус и лицевая панель

Для изделия, изготовляемого своими руками, лицевую панель можно сделать из сотового (но не литого!) прозрачного поликарбонатом белого цвета. Корпус самодельного коллектора обычно выполняется из фанеры и деревянных досок. Лист фанеры будет служить задней стенкой, а доски необходимы для боковых стенок.

Теплоизоляция

Теплоизоляция прокладывается по дну и бокам корпуса для минимизации теплопотерь, иначе самодельный коллектор будет просто нагревать окружающий воздух. Лучше всего для этих целей подойдут вспененные изоляционные материалы, так как при небольшой толщине они обладают очень хорошей эффективностью.

Разновидности плоских коллекторов

Плоский коллектор с трубчатым змеевиком – это классический вариант конструкции. Однако существуют и альтернативные решения, производительность которых также позволяет использовать их для решения проблем дачного водоподогрева.

Абсорбер плоского коллектора можно сделать и иными способами. Цена такого варианта будет еще ниже, впрочем, как и производительность. Так, можно использовать пустые алюминиевые банки из-под пива или иных напитков. В торцах банок проделываются отверстия, после чего они соединяются между собой в длинные ряды. Стыки тщательно герметизируются силиконовым герметиком. Готовая конструкция покрывается черной краской и также устанавливается в корпусе.

Из полипропилена

В качестве абсорбера в таком коллекторе используется сотовый полипропилен (не путать с поликарбонатом, это разные вещи!). Структурно этот материал по всему объему разделен перемычками на множество узких продольных трубок, иными словами, представляет собой готовый радиатор. Полипропилен сотовый широко используется при производстве рекламных конструкций, поэтому его можно приобрести в специализированных фирмах.

Все внутренние трубки материала объединяются общими трубами (сверху и снизу, для подачи и отведения воды). Для этого используется полипропиленовая трубка ABS небольшого диаметра. Она разрезается вдоль и надевается на кромку листа полипропилена. Для герметизации стыков потребуется специальный клей. К сожалению, клей, предназначенный для работы с полипропиленом, стоит гораздо дороже силиконовых или эпоксидных вариантов.

Из садового шланга

Это, пожалуй, самый примитивный и наименее затратный вариант плоского коллектора, состоящий лишь из садового шланга и деревянного корпуса. Шланг должен быть резиновым или полиэтиленовым, лучше всего – черного цвета (тогда готовую конструкцию не придется дополнительно красить). Армированные ПВХ-шланги для этих целей не годятся, дело в том, что они имеют более тонкие стенки и при малых изгибах перегибаются. За счет этого нарушается равномерное протекание потока воды и снижается внутренний объем. Длина шланга зависит от потребностей (можно использовать изделия в 50, 100 и даже 200 м).

Бухта шланга укладывается спиралью на дно корпуса. Для лучшего нагрева корпус стоит заранее прокрасить в черный цвет. Витки трубы надо дополнительно зафиксировать, ведь действием температур и объемов воды шланг будет прогибаться. Для этих целей подойдут пластиковые хомуты. Лицевая сторона закрывается сотовым поликарбонатом.

В целом созданный своими руками плоский коллектор достаточно эффективен в летний период, на дачном участке он вообще может стать единственным рациональным решением по обеспечению нужного подогрева воды. Сборка и установка такого коллектора требует лишь единовременных затрат, в дальнейшем же его достаточно просто очищать от скопившейся пыли или иных загрязнений.

Плоские солнечные коллекторы

Добрый день, дорогие читатели. Зеленая планета продолжает раскрывать тему — альтернативные источники энергии. Сегодня мы переходим от теоретической части (что такое солнечные коллекторы), к практической. Мы рассмотрим два основные вида солнечных коллекторов, проанализируем и сравним их характеристики, целесообразность и эффективность использования, с целью выяснить — какой солнечный коллектор лучше вакуумный или плоский.

Для начала, еще раз напомним общий принцип действия солнечного коллектора. С помощью данного устройства можно нагревать воду или отапливать здание. Лишь потратив деньги на его установку, вы будете получать экологически чистое тепло, а не покупать много киловатт электричества или использовать исчерпаемые ресурсы земли, такие как жидкое, газообразное или твердое топливо.

Сравнение плоских и вакуумных солнечных коллекторов.

Чтобы лучше разбираться в плюсах и минусах свойств плоских и вакуумных коллекторов, нужно обладать некоторыми знаниями, которыми мы и собираемся поделиться с нашими читателями, оценив и сравнив некоторые характеристики солнечных коллекторов.

Еще раз напомним, как выглядят солнечные коллекторы:

Плоский солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

1. Прочность солнечных коллекторов

Существует мнение, что плоские солнечные коллекторы по своей конструкции куда прочнее вакуумных, и этому есть объяснение, плоский коллектор состоит из единой панели, и в отличии от вакуумного коллектора, с виду и по физическим данным выглядит прочнее. Но даже импортные плоские солнечные коллекторы вполне можно повредить. С другой стороны, случаи сильной непогоды, крупного града, ураганов или падения летательных аппаратов, которые способны повредить солнечные коллекторы, не так уж часто происходят в обычной среднестатистической местности.

С практической точки зрения, вакуумные коллекторы использовать удобнее, ведь такой коллектор состоит из множества стеклянных трубок. Если с коллектором что-то случится, то, возможно, повреждения коснуться одной или нескольких трубок, которые, во-первых, можно заменить, а во-вторых, можно сделать это не сразу, ведь остальные трубки останутся работоспособными. В случае повреждения плоского коллектора, он может целиком выйти из строя, и замена всей панели обойдется явно дороже замены одной или нескольких трубок вакуумного коллектора.

2. Снег и изморось для солнечных коллекторов

Для наших широт актуальность использования солнечных коллекторов в холодное время года не менее важна, поэтому важно знать некоторые особенности их зимней эксплуатации. Например, актуальный вопрос, как быть со снегом, который может скопиться на коллекторе и мешать его нормальной работе.

Следуя логике можно подумать, что на плоском коллекторе, установленном под углом 45 градусов, не задерживается снег, так как наклонная плоскость нагревается, и он будет лучше работать, без надобности его отчищать от снега. На практике, снег действительно подтаивает на солнце и сползает в нижнюю половину или треть коллектора, где может превращаться в снежно-ледяную корку. Вакуумные коллекторы, расположенные под углом 55-60 градусов, даже при небольшом ветре, легко обдуваются от снега естественным образом, если только они не установлены на земле, где намело сугробы.

Если же, и плоские и вакуумные коллекторы установлены на крыше или на земле, где собирается снег, то и тот и другой придется отчищать для нормальной работоспособности. Общее правило — чем больше угол наклона коллектора, тем меньше на нем будет собираться снег. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55 градусов и выше, имеют еще одно преимущество перед плоскими коллекторами — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам.

Также, существует мнение, что солнечные коллекторы покрываясь изморозью перестают нормально работать, на самом деле, изморозь не сильно влияет на работоспособность коллекторов. Изморозь обычно появляется после обильных осадков при повышенной влажности, как только выходит солнце, изморозь превращается в воду. Перед изморозью нет преимуществ ни у вакуумных, ни у плоских коллекторов.

3. Какой из солнечных коллекторов лучше подходит для систем отопления?

Продолжая тему использования солнечных коллекторов в холодное время хорошо бы выяснить, какой солнечный коллектор вакуумный или плоский лучше подходит для отопления зданий в зимний период. В холодное время года, системе солнечных коллекторов требуется большее время утром для нагрева теплоносителя и привода всей системы отопления в рабочее состояние, по сравнению с теплым периодом года.

Внешние части системы солнечных коллекторов соприкасаются с холодной окружающей средой, и теряют на этом какую-то часть тепла. Плоские коллекторы очень сильно теряют свою эффективность зимой, а вакуумные коллекторы за счет хорошей теплоизоляции, работают практически так же эффективно, как и летом.

Получается, что для отопления можно использовать оба типа коллекторов, для здания определенной площади эффективнее использовать вакуумные коллекторы, ведь если использовать плоские коллекторы, то понадобится в несколько раз больше самих коллекторов для поддержания той же мощности. Этот факт понижает экономическую целесообразность использования плоских солнечных коллекторов в системе отопления, в холодное время года.

Также стоит отметить, что для обеспечения горячим водоснабжением эффективнее использовать вакуумные коллекторы, так как в облачную и пасмурную погоду, за счет минимального теплообмена с окружающей средой, они дают достаточно тепла для нагрева воды, в то время, как плоские коллекторы могут гораздо хуже справляться с данной задачей, перекладывая ее на резервную систему подогрева воды.

4. Стоимость солнечных коллекторов.

Стоимость солнечных коллекторов зависит в первую очередь от производителя. Скажем, плоские коллекторы, сделанные в европейских странах, будут дороже вакуумных солнечных коллекторов, выпущенных в Китае. С другой стороны, российские или китайские плоские коллекторы могут быть в разы дешевле вакуумных коллекторов.

Как показывает практика, искать самые дешевые варианты не имеет смысла, так как во-первых, эффективность плоских коллекторов, особенно в странах с холодным климатом, куда ниже использования вакуумных коллекторов, во-вторых, КПД и сроки эксплуатации дешевых солнечных коллекторов могут быть в разы меньше, чем у более дорогих и качественных.

Плоские солнечные коллекторы производятся в Европе, Китае и России, они отличаются размерами, мощность можно рассчитать стандартно — по площади коллектора.

Европейские плоские коллекторы можно найти по высоким ценам, обычно предлагаются качественные плоские коллекторы с максимальной эффективностью для данного вида.

Российские плоские коллекторы по качеству уступают европейским, в основном зависит от производителя, лучше образцы практически сравнимы по показателям с европейскими, худшие — сопоставимы с дешевыми китайскими аналогами, цены средние.

Китайские плоские коллекторы — лучшие сопоставимы с российскими, остальные, особенно выпускаемые без бренда, могут быть очень неэффективными, с нарицательным — товары из Китая, но по низким ценам.

Вакуумные солнечные коллекторы, в большинстве своем, производятся в Китае, и надо сказать, здесь китайские разработчики преуспели. Качество коллекторов зависит от крупности производства, есть признанные лидеры производства вакуумных коллекторов, например — Himin Solar, а также, на рынке можно встретить предложения совсем кустарных компаний, которые будут заметно уступать в качестве продукции брендовым производствам.

Выводы: Какой тип солнечного коллектора лучше выбрать для России?

Для обеспечения объекта горячим водоснабжением можно выбрать, как плоский, так и вакуумный солнечный коллектор. Единственное, что нужно помнить, что вакуумный коллектор имеет гораздо более высокие показатели эффективности в облачную или пасмурную погоду, а также, в холодное время года.

Для отопления в нашем климате подходит использование вакуумного коллектора, самый эффективный с U-образным нагревательным элементом.

Естественно, нужно позаботится о резервной системе отопления и нагрева воды, ведь в ночное время, пасмурные и облачные дни, солнечные коллекторы не могут в полной мере осуществлять свои функции.

И не стоит экономить на покупке качественных солнечных коллекторов. Выбирая вакуумный коллектор, придется обратить свой взор к китайским фирмам, но здесь лучше присмотреться только к известным брендам и не покупать «китайские» товары.

Чтобы представить масштабы развития китайской технологии — достаточно взглянуть на огромный комплекс компании Himin Solar, который обслуживает свои нужды в отоплении и электроснабжении собственной выпущенной продукцией.

Огромный комплекс использующий альтернативные источники энергии.

Плоский солнечный коллектор

Солнечные коллекторы являются экологическим способом обеспечить наличие отопления и горячей воды в доме. В отличие от солнечных аккумуляторов коллекторы не накапливают энергию, а сразу нагревают воду для отопления.

Плоский солнечный коллектор

Плоские коллекторы

Основной деталью плоского солнечного коллектора является абсорбер. Это элемент, который отвечает за сбор энергии из солнечных лучей. Для этого применяют селективное покрытие или просто черную краску. Обычно в роди селектора выступает напиленный оксид титана или чёрный никель.

Сверху абсорбер для защиты от погодных условий закрывают прозрачным защитным покрытием. Его делают из прочного рифленого поликарбоната или закалённого стекла.

Заднюю часть обязательно нужно термоизолировать, чтобы собранное тепло не уходило в окружающее пространство. Для этого всю заднюю панель покрывают теплоизолирующим материалом. Главное, не забыть обработать все щели герметиком, ведь панель должна быть воздухонепроницаемой.

От абсорбера в бак тепло подается с помощью трубок. Иногда в них находится теплоноситель, который просто передает тепло для отопления, например, газ, воздух, специальные жидкости. А в некоторых случаях – это та вода, которую и требуется нагреть в результате.

Плоские солнечные коллекторы

Если бак планируется разместить в доме, то нужно установить также насос, который будет обеспечивать циркуляцию в трубах. Но есть и другой вариант – бак можно поставить выше абсорбирующей панели. Тогда вода будет испаряться, а пар подниматься вверх и конденсироваться в бак.

В моменты, когда нет потерь тепла, плоские солнечные коллекторы могут нагреть воду до 190–210 градусов. Чем больше тепла впитывается из солнечных лучей, тем выше эффективность работы устройства. Поэтому существуют специальные оптические покрытия, которые не отдают тепло в рамках инфракрасного спектра. Благодаря этому сохранение тепла достигает 95% от максимально возможного.

Также очень часто в качестве материала для абсорбера используют листовую медь, ведь у нее высокие показатели теплопроводности. Результаты похуже дает алюминий. Для улучшения КПД применяют паянное соединение, так теплопроводность увеличивается.

Как выбрать плоский коллектор

Каждый плоский солнечный коллектор имеет два основных параметра – цену и качество. При покупке обязательно учитывают оба параметра. Но нужно знать, на что именно обратить внимание.

Плоские солнечные коллекторы, установленные на крышу жилого дома

В первую очередь производители стараются снизить цену на свои изделия, но не в ущерб качеству. Иногда у них это не совсем получается и потенциальным клиентам приходится искать способ исправить ситуацию своими руками.

Цена на коллекторы, как и на любой товар, складывается из ряда составляющих: цены материалов, стоимости рекламы, оплаты сотрудникам, транспортных расходов и многого другого. Ни один производитель не будет сознательно делать хуже качество своей продукции, но иногда небольшие допущения немного ухудшают результат.

Именно поэтому есть разные линейки солнечных коллекторов со своими техническими данными и разной стоимостью. Нужно знать некоторые нюансы, чтобы купить более эффективный прибор, возможно, за ту же цену. Стоит проверять все своими руками.

Заметная разница

Например, нужно смотреть не на площадь поглощающей панели, а на площадь абсорбера. В некоторых случаях габариты панели могут быть больше, чем площадь теплопоглощающего покрытия. Это снижает уровень ожидаемой эффективности от прибора, то есть температуру отопления, например.

Определение площадей плоского солнечного коллектора

Та же проблема со способом сварки. При применении ультразвуковой сварки время создания одного изделия гораздо меньше, что уменьшает и затраты. Но количество передаваемого от поглощателя к теплоносителю тепла зависит от способа соединения. Если трубки прикреплены к полотну абсорбера ультразвуковым способом, то ухудшается уровень передачи тепла для отопления. Гораздо лучше показывает себя паянное соединение.

В некоторых случаях ультразвуковая сварка даже может повреждать материалы, что снижает срок работы прибора, уровень отопления и вообще повышает его амортизацию (в местах такой сварки пропадает селективное покрытие).

Также для ускорения работы прозрачное защитное покрытие могут сделать несъемным, то есть просто приклеить герметиком. Но лучше, если для стекла или поликарбоната будут применяться специальные крепления, которые позволят легко заменить его своими руками в случае повреждения.

Для того чтобы в поглощающей панели сохранялось тепло, теплоизоляцией нужно покрывать не только заднюю стенку, но и боковые. Но это требует ручной работы, что сильно повышает затраты. Поэтому очень часто инструкцией пренебрегают, что повышает отдачу тепла в окружающее пространство.

Стыки теплоотражающего слоя солнечной батареи

Иногда теплоизоляцию не прокладывают только в углах коробки, но это все равно ухудшает КПД прибора. Конечно, в некоторых случаях это можно исправить своими руками.

Некоторые производители, чтобы не тратиться на создание цельной поглощающей пластины, делают перьевой абсорбер. То есть отдельно берутся куски трубки с напаянными пластинками и размещаются внутри короба.

Они не соединяются между собой, что не только уменьшает полезное пространство абсорбера, но и создает пустое пространство, куда зря выходит тепло. Кроме того, на такие перья часто не наносят селективное покрытие, обходятся материалами подешевле. Нужно заметить, что это обычно делают только на маленьких предприятиях.

Мелкие детали

Есть и такие нюансы, которые нельзя заметить, для этого придется провести тщательную проверку.

Например, полотно абсорбера можно делать из разных материалов. Чем выше теплопроводность материала и чем толще полотно, тем больше эффективность работы прибора. Например, у алюминия теплопроводность в два раза меньше, чем у меди.

Также большое значение имеют трубки. Чем ближе они расположены друг к другу, тем лучше теплопроводность.

Типы трубок в абсорберах

Очень важно, чтобы трубки по всей своей длине были приварены к полотну абсорбера, таким образом повышается сохранение тепла для отопления. Также нужно обратить внимание на диаметр трубок и их толщину. Чем больше диаметр, тем труднее теплоносителю прогреваться до нужной температуры. Зато толщина стенок трубок должна быть побольше.

А еще есть показатели толщины и плотности теплоизоляции. Плотность должна быть не очень высокой, зато нужна большая толщина. Тогда теплопотери будут минимальными, больше энергии пойдет для отопления. Некоторые производства «забывают» пропитывать теплоизоляцию влагоотталкивающей жидкостью, но это уже не допущение, а преступная халатность.

Толщина прозрачного защитного покрытия все зависимости от того, стекло это или поликарбонат, очень важна. Именно от нее зависит, насколько защищенной будет панель. Возможны разные погодные условия, включая град, также нельзя исключать других ударных воздействий, например, во время грозы. Лучшей толщиной считается 4 мм.

Все вместе эти данные и составляют техническую характеристику изделия.

Плоский солнечный коллектор MFK 001

То есть на эффективность работы плоского солнечного коллектора влияют площадь теплопоглощающего покрытия, толщина теплоизоляции, площадь соединения абсорбера с теплоносителем, герметичность и многое другое.

Кроме того, есть и внешние условия – климат, температура воздуха, окружающая среда (тень или солнечное место) и тому подобное.

Именно поэтому иногда стоит выбрать коллектор подороже, который со временем окупит все затраты. А более дешевые варианты могут быстро испортиться или просто не будут правильно выполнять свои функции.

Как заметить неладное?

Есть некоторые признаки, которые помогут выявить повреждения абсорбера на глаз. В таком случае селективное покрытие не будет работать на полную мощность.

1. Если на медном абсорбере заметны красно-коричневые полосы, то селективное покрытие в этом месте отсутствует, значит, это ультразвуковая сварка.
2. Если есть некоторая выгнутость полотна, то соединения были сделаны с помощью пайки. Зато это поможет заметить, как расположены трубки.
3. Если на алюминиевом абсорбере есть белые полосы, то они указывают на повреждения от ультразвуковой сварки.
4. Если видны только небольшие светлые точки (алюминиевое полотно), то была применена сварка лазером. Это также разрушило покрытие.

Такие мелочи помогут на глаз понять кое-что из того, что обычному человеку не увидеть без демонтажа прибора.

Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

Вакуумные и плоские солнечные коллекторы

Нужно сравнить этих вечных соперников, чтобы сделать правильный выбор. Каждый из них обладает своими недостатками и преимуществами.

Например, плоские коллекторы нет нужды зимой очищать от снега. Кроме вполне очевидных преимуществ от формы, они помогают снегу таять самостоятельно. Вакуумные трубки слишком теплоизолированы для этого. А под снегом коллектор никак не может собирать солнечный свет.

Такой же эффект будет, если трубки в вакуумном варианте потускнеют. Тогда на этом месте вакуумного коллектора снег будет таять, ведь испорченные трубки начнут отдавать тепло вместо того, чтобы забирать.

Плоские солнечные коллекторы хорошо защищены от погодных условий, в частности, от града и других повреждений. Вакуумные модели более подвержены разрушению.

Также плоский вариант гораздо удобнее во время монтажа, демонтажа и ремонта агрегата.

Вакуумный солнечный коллектор Meibes MVK 001

Вакуумные коллекторы требуют определенного наклона для успешной работы, а плоские можно спокойно устанавливать под любым удобным углом или даже менять угол в процессе эксплуатации для более успешного сбора энергии.

Можно сказать, что вакуумные варианты более приспособлены для сбора света зимой, чем плоские. У них высокие показатели сохранения тепла даже при низких температурах. А плоские варианты намного эффективнее собирают тепло при плюсовых температурах и нагревают воду до высоких показателей. Жаль только, что зимой снег закрывает полотно абсорбера и это сводит к нулю его КПД.

Некоторые, отчаявшись найти подходящую модель коллектора, стараются сделать его своими руками. Это сделать очень сложно, ведь создание некоторых деталей требует специальных знаний. Неправильное поведение с материалами может нанести непоправимый вред здоровью. Например, сделать селективное покрытие для абсорбера своими руками практически невозможно.

Плоский солнечный коллектор, сделанный своими руками

Кроме того, даже если постараться и создать действующую модель, то она будет в лучшем случае покрывать не больше, чем 30% потребностей среднего дома в отоплении и горячей воде. Если дом большой, постоянно высокий расход воды или погодные условия не позволяют, то этот показатель будет значительно меньше. Поэтому большинство выбирает проверенные временем модели от уважаемых производителей – они обходятся дешевле, включая содержание, просты в обслуживании и имеют гарантию качества.

Конечно, непросто сделать выбор солнечного коллектора, каждый вариант обладает своими преимуществами. Главное, выбрать качественную модель, которая будет обеспечивать отопление долгие годы.

Солнечные коллекторы для отопления: какой лучше

Солнечные коллекторы — системы сбора тепла, поступающего от солнца. Именно эти устройства удобнее использовать для водяного отопления: в них нагревается теплоноситель. Затем он может подаваться в систему отопления (лучше — в теплый пол) или горячего водоснабжения.

Конструктивно любая установка состоит из самой солнечной панели и резервуара для нагретой воды (баки бывают с теплообменником при использовании в качестве теплоносителя антифриза). В местностях с небольшим количеством солнечных дней в бак для воды может быть установлен резервный нагреватель. Чаще всего это ТЭН. Но нужно помнить, что подключать второй источник нужно не параллельно, а последовательно. Только тогда он будет работать лишь в том случае, если солнечной энергии для нагрева до заданных температур не хватает. В этом случае система будет экономно расходовать платные источники энергии.

Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами

По строению солнечные коллекторы для отопления бывают:

Есть еще коллекторы концентраторы, но это уже системы промышленного типа, состоящие из множества параболических зеркал, установленных на подвижных опорах. Положение зеркал регулируется системой слежения, которая дает команды сервомоторам, изменяющим положение зеркал вслед за движением солнца. Такие системы способны нагревать теплоноситель до 120-250 o C, но крайне сложны и дороги. Для бытового отопления подходят мало.

Плоские коллекторы

Плоские гелиоколлекторы — это металлическая рама, на которой, если смотреть снизу-вверх, закреплены:

Схема плоского коллектора

• пластина корпуса;
• слой термоизоляции;
• светоотражающий слой (присутствует не во всех моделях) ;
• пластина теплосборника (теплопоглотителя или еще называют адсорбирующая пластина), к которой припаяны теплообменные трубки;
• прозрачная светопропускающая крышка (закаленное стекло с 95% коэффициентом пропускания света или не менее прозрачный поликарбонат).

Также на корпусе имеется выпускной и впускной патрубок — через них циркулирует теплоноситель.

Есть модели открытые — без крышки. Единственное их достоинство — низкая цена, но они очень неэффективны и совершенно неработоспособны при отрицательных температурах. Из-за того, что крышки нет, абсорбционное покрытие быстро разрушается, так что служат открытые коллекторы несколько сезонов, а из-за своих особенностей могут использоваться для подогрева воды в бассейне или в душе. Для отопления они бесполезны.

Внешний вид плоского коллектора

Принцип работы плоского солнечного коллектора следующий: солнечные лучи почти полностью проходят через верхнее защитное стекло. От этих лучей нагревается теплопоглотитель. Тепло, понятное дело излучается, но наружу почти не выходит: прозрачное для солнечных лучей стекло, тепло не пропускает (позиция «в» на диаграммах). Получается, что тепловая энергия не рассеивается, а сохраняется внутри панели. От этого тепла нагреваются теплообменные трубки, а от них тепло передается циркулирующему по ним теплоносителю.

Правила расположения плоских коллекторов

Коллекторы этого типа должны располагаться под углом 90 o по отношению к падающим лучам света. Чем точнее выставлен этот угол, тем больше тепла собирает система. Понятно, что на неподвижной крыше постоянно выдерживать этот угол нереально, но расположить панель нужно так, чтобы на нее как можно больше времени падал свет. Есть довольно дорогие устройства, которые изменяют положение панели по отношению к солнцу, поддерживая оптимальный угол падения солнечных лучей. Они называются системами слежения.

Гелиоустановки показывают большую эффективность, если лучи солнца падают под прямым углом

От чего зависит цена

Цена плоского коллектора во многом зависит от использованных материалов. Так корпус может быть алюминиевый или из оцинкованной стали. Корпус из алюминия предпочтительнее, но стоит дороже. Бывают еще корпуса из полимера. Они характеризуются высокой прочностью и надежностью.

Большое влияние на эффективность оказывают теплообменные трубки и материал пластины-теплосборника. Они бывают алюминиевыми (такие панели стоят дешевле) и медными. Медные более дорогие, но и более долговечные, также они имеют более высокий КПД. Для России, даже для южных ее регионов, использовать желательно именно их. Так как инсоляция даже на юге редко бывает чрезмерной, скорее ее не всегда хватает для отопления.

Цена на плоский коллектор зависит от материалов, из которых он сделан

Важно также покрытие пластины теплосборника: чем ближе к абсолютному черному цвету оно будет, тем меньше отразится лучей и больше получится в результате тепла. Потому технологи постоянно работают над усовершенствованием этого покрытия. В первых моделях это была обычная черная краска, сегодня же — напыление черного никеля.

Пластиковые коллекторы

В отдельный вид можно выделить пластиковые солнечные коллекторы. В простейшем варианте это две панели из поликарбоната, которые закреплены на раме из алюминия. Между ними наварены или наплавлены ребра, создающие в панели лабиринт для тока воды. В верхней части панели расположено впускное отверстие, в нижней — выпускное. В верхнее заливается холодная вода, которая, проходя по лабиринту, нагревается и выходит с более высокой температурой через нижнее. Система применяется для нагрева воды в летний период. Из-за малого гидравлического сопротивления очень хорошо функционирует в самотечной системе. Такой вид солнечного водонагревателя — идеальный вариант снабжения горячей водой дачи в огородный сезон.

Пластиковые коллекторы служат для нагрева воды. Отличный вариант для летнего домика или дачи

Но иногда пластиковыми солнечными коллекторами называют полноценные коллекторы для отопления. Просто в них верхняя крышка выполнена не из стекла, а из того же поликарбоната или другого пластика, хорошо пропускающего солнечные лучи. Такие модели меньше подвержены риску: пластики более прочные, чем стекло (даже закаленное).

Трубчатые гелионагреватели

В системах нагрева одна из первостепенных задач — обеспечить сохранность тепла и не допустить его потерь. Для этого используются разные утеплители и среды, предупреждающие рассеивание тепловой энергии. Самый эффективный теплоизолятор — вакуум. Этот принцип и использован в трубчатых или, как их еще называют, вакуумных солнечных коллекторах. Но вакуумные гелиоколлекторы могут быть четырех модификаций. Они имеют разный тип стеклянной трубки и разные тепловые каналы.

Так выглядят трубчатые гелиоустановки

Типы трубок

Сегодня в основном используются два типа трубок: коаксиальная (труба в трубе) или перьевая. Коаксиальная трубка по строению напоминает термос: две колбы герметично спаяны между собой одним из концов, между стенками — разреженное пространство — вакуум. На стенку второй колбы нанесен поглощающий слой. В нем солнечные лучи преобразуются в тепловую энергию. Внутренняя стенка колбы нагревается, от нее нагревается воздух внутри колбы, а от него в свою очередь нагревается теплоноситель, который циркулирует по тепловому каналу. Из-за сложной системы передачи тепла нагреватели с такими трубками имеют не очень высокий КПД. Но используются они чаще. По тому причине, что работать могут в любое время, даже в сильные морозы и имеют небольшие теплопотери (из-за вакуума), что улучшает их эффективность.

Перьевая трубка — это всего одна колба, но с большей толщиной стенки. Внутрь вставляют тепловой канал, который для улучшения теплоотдачи снабжают плоской или чуть извилистой пластиной из адсорбирующего материала. После чего трубка вакуумируется. Этот тип имеет более высокий КПД, но стоит намного дороже коаксиальных. К тому же более сложная замена при выходе трубки из строя.

Перьевая трубка — внутри пластина, напоминающая перо

Виды тепловых каналов

Сегодня распространены два типа тепловых каналов:

Схема работы теплового канала Heat-pipe

Система Heat-pipe — это полая трубка с массивным наконечником на одном конце. Это наконечник изготовлен из материала с хорошей теплоотдачей (чаще всего медь). Наконечники соединяются в единую шину — манифолд (manifold). Их тепло отбирает циркулирующий через манифолд теплоноситель. Причем циркуляция теплоносителя может быть организована по одной или двум трубам.

Внутри трубки находится легко кипящее вещество. Пока температура невысокая, оно находится в жидком состоянии в нижней части теплового канала. По мере нагрева начинается его кипение, часть вещества переходит в газообразное состояние, поднимается вверх. Разогретый газ отдает тепло металлу массивного наконечника, охлаждается, переходит в жидкое состояние и по стенке стекает вниз. Затем он снова нагревается и т.д.

В трубчатых коллекторах с прямоточным каналом используется более привычная схема теплообмена: имеется U-образная трубка, по которой движется теплоноситель. Проходя по ней, он нагревается.

Теплообменники U-типа показывают лучшую производительность, но их главный недостаток — они являются неделимой частью системы. И при повреждении одной трубки в солнечной панели менять придется всю ее полностью.

Отдельным видом солнечных трубчатых коллекторов являются установки прямого нагрева. Их еще называют «мокрой трубкой». В этой конструкции между двумя колбами циркулирует вода, она и нагревается от их стенок, затем поступает в резервуар. Эти установки просты и дешевы, но не могут работать под повышенным давлением или при отрицательных температурах (вода замерзает и разрывает колбы). Этот вариант для отопления непригоден, можно использовать для нагрева воды в теплый сезон.

Теплоноситель в коллекторах

По внутренним теплообменным трубкам может циркулировать как вода, так и антифриз. Использовать воду можно в регионах, в которых минусовых температур не бывает или предполагается эксплуатация системы исключительно в теплое время года (на дачах, например). Но при сезонном использовании перед консервацией на зиму с панелей необходимо слить всю воду. Во всех остальных случаях и регионах требуется заливка антифриза или его водного раствора (зависит от минимальных температур в регионе).

Нужно помнить, что при использовании антифриза в баке-аккумуляторе будет находиться змеевик, а циркуляция теплоносителя будет обеспечиваться насосом. Такая система называется «замкнутой»: по гелиосистеме движется теплоноситель по замкнутому контуру.

Если через коллектор протекает антифриз, в баке стоит теплообменник

Многих пугает зависимость от наличия электричества. Стоит сказать, что есть модели плоских солнечных коллекторов с естественной циркуляцией. Их КПД ниже из-за меньшей скорости продвижения теплоносителя, но они вполне работоспособны. Правда, для организации полноценного отопления потребуются значительные площади.

Для тех, кого не устраивает снижение эффективности, есть другой выход: обеспечение резервного питания. В самом простом варианте это источник бесперебойного питания с несколькими автомобильными аккумуляторами. Это даст несколько часов работы без электричества в сети. Для более продолжительной работы потребуется уже генератор. Есть и третий вариант: насосы, работающие от солнечной энергии. Но они пока редкость. И четвертый способ: поставить солнечную батарею и аккумуляторы, которые и будут резервным источником питания.

При использовании воды в качестве теплоносителя, она из накопительного бака поступает на гелиоколлектор, где нагревается. Нагретая возвращается в резервуар, и затем напрямую идет в систему отопления и горячего водоснабжения. Так как из системы вода расходуется, то она называется «открытой». Вода при такой системе безопасна в бактериальном и биологическом плане: в теплообменных трубках она нагревается до высоких температур, так что погибают все микробы.

Воздушные коллекторы

Не всегда есть возможность или желание устраивать полноценную систему отопления, частью которой являются все гелиосистемы, о которых речь шла выше. Но сэкономить на отоплении помещения можно без устройства системы. И помогут в этом воздушные коллекторы. Полностью заменить традиционное отопление они не в состоянии, но снизить расходы могут.

Принцип отопления воздушными конвекторами

В самом простом случае воздушный солнечный коллектор — это две пластины, между которыми устроен лабиринт, по которому проходит воздух. Наружная пластина имеет отверстия (перфорацию) в которые проходит холодный воздух. Проходя по лабиринту, он нагревается и затем через отверстие в стене дома попадает внутрь. Работать система может с использованием вентилятора (принудительная циркуляция) или без него. Все зависит от конфигурации.

Устанавливается такой солнечный нагреватель воздуха чаще на южной стене (возможна естественная циркуляция за счет восходящих потоков теплого воздуха), но можно сделать и на крыше (с вентилятором).

Еще один вариант отопления с использованием воздушного гелиоколлектора

Сильного нагрева вы в таких устройствах не получите: КПД у них совсем небольшой, но до 30-45 o Cв прохладные дни или до 50 o C в жаркие дни воздух нагреть можно. Только для получения хорошего эффекта воздушные коллекторы должны иметь более чем приличные размеры. Для увеличения КПД вторую стенку делают из теплопоглощающего материала, который используется в плоских коллекторах. Также заднюю стенку утепляют, предупреждая рассеивание тепла. Но эффективность все равно остается низкой: воздух в 4000 раз менее теплоемкий по сравнению с водой.

Какой лучше

Плоские коллекторы применимы в областях с большим количеством солнечных дней и небольшими перепадами ночных температур. Они малоэффективны в облачную или ветреную погоду: велики потери тепла с большой поверхности. Хоть современные плоские гелиоколлекторы и стараются делать герметичными, а некоторые даже вакуумируют, но при отрицательных температурах все равно более эффективными остаются трубчатые солнечные нагреватели.

Самые популярные трубки в разрезе выглядят так

Трубчатые установки имеют более низкую производительность. Но потери тепла при этом небольшие. Плюсом является также их способности улавливать рассеянный солнечный свет, а даже некоторые другие части спектра солнечного света: они немного греются даже ночью. В результате для северных регионов они оказываются более эффективными. Ведь греют даже ночью, не говоря уже о пасмурном дне. Потому однозначно: для центральных, и, тем более, северных регионов, солнечные коллекторы для отопления дома выбирайте только трубчатые. А вот которые — это решайте сами.

Самые эффективные солнечные коллекторы для отопления дома — с перьевой трубкой и U-образным тепловым каналом. Но они — самые дорогие, и ремонту не подлежат. Меняется только вся панель целиком.

Эта трубка более эффективна, но если хоть одна в панели повреждена, приходится менять всю панель

Чуть хуже по эффективности те же перьевые трубки, но с системой Heat-pipe. Но они все еще дороги, и при выходе из строя нагревателя придется менять трубку целиком, а это недешево.

Самые популярные коаксиальные трубки теплообменником Heat-pipe: они стоят меньше, просто меняются, да еще и могут быть отремонтированы. Если повредился теплообменник, его просто достают, устанавливают новый, и трубка после сборки (пара движение) снова готова к работе. Аналогично поступают при повреждении колбы: меняют только ее. В общем, хоть и не самая производительная система (все другие типы имеют большие КПД), но самая ремонтопригодная.

Солнечный коллектор для отопления: бесплатное тепло или бесполезные расходы

Приветствую, камрады! Как вы думаете, насколько выгоден солнечный коллектор для отопления? Я познакомлю вас с устройством и разновидностями коллекторов, а затем выполню несложный расчет эффективности солнечного отопления, который позволит дать ему однозначную оценку. Итак, в путь.

Вакуумные коллекторы отопления и солнечные батареи на крыше частного дома.

Что это такое

Солнечный коллектор — это несложное устройство, использующее видимый свет и инфракрасное излучение Солнца для нагрева рабочей среды. Принцип его работы основан на поглощении тепла поверхностью с низкой отражающей способностью.

От ближайшего собрата — фотоэлектрической солнечной батареи, коллектор отличает куда более высокая эффективность: если фотоэлектрические элементы преобразуют в электроэнергию не более 15% солнечной энергии, то коллекторы позволяют утилизировать до 80%.

Основная проблема, мешающая использовать солнечные коллекторы для отопления дома в качестве основного источника тепла — непостоянная тепловая мощность. Она связана:

• С суточными циклами освещенности. Ночью по понятным причинам выработка тепла падает до нуля. Больше того: поддержание положительной температуры циркулирующей через коллектор воды требует дополнительных энергозатрат;
• С погодой. При плотной облачности освещенность (и, соответственно, тепловая мощность прибора) снижается.

Солнечные коллекторы востребованы в областях страны с максимальной инсоляцией. На снимке — крыша коттеджа в Ялте.

Зимой , когда работает отопление, преобладает пасмурная погода. Кроме того, зимой выработка тепла коллектором падает примерно на четверить даже в ясные дни. Это происходит из-за изменения угла падения солнечных лучей, вызывающего зимнее похолодание.

Разновидности

В продаже можно встретить две разновидности приборов для утилизации солнечной энергии: