Солнечные коллекторы для нагрева воды: виды, способы установки, эффективность работы

Сегодня всё более актуален вопрос обеспечения жилья горячей водой, ведь стоимость электричества и газа растёт постоянно. Решить эту проблему можно с помощью установки солнечного коллектора. В этой статье мы рассмотрим принцип работы таких коллекторов, их типы, виды солнечных систем, установку и определим, выгодна ли такая система.

Солнечный коллектор - это прибор, который нагревает воду с помощью энергии солнца.

Принцип работы солнечных коллекторов

Солнечная установка состоит из коллектора, теплообменного контура и аккумулятора тепла. Жидкость циркулирует в коллекторе. Теплоноситель нагревается от солнца и отдает энергию воде через теплообменник, находящийся в баке. Там вода остаётся до её использования, поэтому у него должна быть хорошая теплоизоляция. В бак также можно установить электрический нагреватель-дублер, чтобы, когда температура воды опустится ниже установленной, обогреватель подогрел воду до нужной температуры.

Итак, схему работы солнечного коллектора можно определить так:

1. Коллектор собирает солнечную энергию.
2. В баке-аккумуляторе содержится вода для дальнейших потребностей.
3. В станции управления регулируется подача и нагрев воды.
4. Теплообменный контур нагревает воду в баке.
5. Электронагревательный элемент греет воду, когда энергии солнца недостаточно.

Типы коллекторов

Существует два типа: плоские и вакуумные.

Плоские коллекторы – традиционные, они представляют собой плоскую коробку, которая закрыта стеклом. Под стеклом есть абсорбирующий слой с трубками, в которых проходит теплоноситель.

В вакуумных коллекторах есть большие полые стеклянные трубки. Внутри этих трубок находится поглотитель тепла, который нагревает теплоноситель.

Каждый из двух типов коллекторов имеет свои преимущества и недостатки:

• плоский коллектор представляет собой более надежную и монолитную конструкцию;
• если повредится вакуумный коллектор, то там необходимо заменить только повреждённые трубки, в плоском же – всю конструкцию;
• вакуумный коллектор быстрее нагреет воду, то есть он более эффективный;
• у вакуумных коллекторов более низкие теплопотери, поэтому они эффективные в зимнее время.

Естественно, работа коллектора будет зависеть от производителя и качества сборки.

Виды солнечных систем нагрева воды

Существует два вида таких систем:

• активные (сезонные солнечные коллектора)
• пассивные (всесезонные солнечные коллектора)

Активная солнечная система нагрева воды более сложная, дорогая, эффективная и пригодная для использования в зимнее время. Особенностями этой системы является то, что бак с водой тут находится внутри помещения, а коллекторы на крыше.

В пассивных системах нагрева воды коллектор и бак с водой обычно представляют собой единую систему. Бак расположен выше коллектора и соединяется с ним.

Теплоноситель нагревает воду при естественной конвекции. Холодная вода попадает в бак под напором снизу. Такая система довольно простая и дешевая, но имеет низкую эффективность.

Пассивные системы нагрева воды более подходят для нагрева летом, в то время как активные эффективны круглый год.

Для обеспечения производственных предприятий горячей водой подходят всесезонные вакуумные коллекторы, которые удовлетворят потребности предприятия в горячей воде целый год, а также позволят убрать строку «горячее водоснабжение» из списка расходов.

Для обеспечения горячей водой баз отдыха и санаториев больше подойдут сезонные коллекторы, ведь они смогут весь курортный сезон обеспечивать их довольно дешевой горячей водой.

Выгодно ли устанавливать коллекторы для нагрева воды?

Если сравнивать солнечный и электрический обогреватель, то первый имеет много преимуществ: расходы на содержание меньше и не зависят от цен на электроэнергию, срок службы – дольше, не загрязняет окружающую среду.

В целом, солнечные водонагреватели выгодны для хозяйств, где большой расход горячей воды, в регионах с высокими ценами на электроэнергию или в местах, где электроэнергия вообще недоступна.

Но будет ли такой обогреватель так выгоден при использовании для отопления?

Как правило, расходы при использовании твердого топлива ниже, но это тянет за собой большие трудозатраты. Поэтому лучший вариант – комбинация солнечных коллекторов и электронагрева.

Существуют некие особенности по установке солнечных коллекторов. Если вы хотите использовать их для отопления, то будет необходим дополнительный источник энергии, так как коллекторы не работают в плохую пасмурную погоду и ночью. Системы солнечного отопления всегда комбинируют с другими системами. Солнечные коллекторы обеспечат отопление в основном с сентября по декабрь и с марта по май, зимой нужен другой источник тепла.

Ещё одной особенностью является то, что лучше использовать систему теплых полов, которая значительно повысит эффективность работы коллектора в зимний период. Особенно этой относится к плоским коллекторам, у которых способность нагрева воды падает при увелечении температуры теплоносителя.

В зданиях с солнечным отоплением проводят энергоаудит и оптимизируют теплоэффективность, так как повышенная теплоизоляция снизит расходы на отопление и использование дополнительного источника энергии значительно сократится.

Как выбрать солнечный коллектор

Учтите следующие советы:

1. Чем более низкая температура теплоносителя – тем выше коэффициент полезного действия коллектора. Для начала стоит дать поработать коллектору, и только потом включить подогрев.
2. Плоский коллектор летом имеет больший КПД, нежели трубчатый.
3. В условиях, когда недостаточно энергии солнца, лучше использовать трубчатый коллектор.

Установка солнечного коллектора

Лучше всего устанавливать коллектор на крыше, но важно, чтобы был доступ для обслуживания. Конструкция крыши должна выдерживать тяжёлый коллектор.

Коллектор устанавливают так, чтобы его поверхность была перпендикулярно солнечным лучам, ведь так можно получить максимум энергии. Также необходимо предусмотреть регулировку наклона, в зависимости от сезона, чтобы менять угол наклона вслед за солнцем. Зимой угол стоит увеличить на 15 градусов, летом – наоборот, уменьшить на 15 градусов.

Есть несколько схем подключения солнечных коллекторов:

• Схема с самотечным движением жидкости. Для движения теплоносителя необходимо, чтобы охладитель был выше, чем нагреватель. Низ бака при этом находится на 0,5 м выше, чем наивысшая точка коллектора. В такой схеме коллектор также можно разместить на крыше, при этом бойлер устанавливают в верхней части чердака. Трубопроводы хорошо теплоизолируются, а гидравлическое сопротивление системы уменьшается за счёт применения труб большего диаметра и коллектора для самотека.
• Схема, в которой коллектор нагревает бойлер косвенного нагрева. Тут используется насос, ведь лучше установить бойлер возле котла.
• Схема с подключением коллектора на буферную теплоаккумулирующую емкость. Подходит для системы солнечного отопления круглый год.
• Схема, в которой коллектор подключается к отдельному баку-аккумулятору. Такую схему применяют часто, когда солнечное отопление подключается к уже работающим системам в доме.
• Самой дешевой является схема, в которой коллектор применяется только в летний период. Бак не имеет теплообменника. Горячая вода собирается в верхней части бака, откуда берется для использования.

Популярность солнечных коллекторов, как и солнечных батарей, не иссякает, ведь с их помощью можно значительно сэкономить электроэнергию. В то же время, такая система не достаточно подходит для отопления круглый год, поэтому лучше её все же комбинировать с другими источиками энергии. Перед установкой необходимо учесть все особенности работы солнечных коллекторов, а также выбрать подходящую схему подключения.