Сонячний колектор для опалення будинку: як це працює

Сонячний колектор – сучасна технологія для опалення та ГВС будинку, коттеджа, дачі. Більшість власників будинків турбує чи можна економити на газу, електроенергії, дровах, вугіллі   Можна, якщо використовувати енергію сонця. Сонячні колектори – це джерело безкоштовної і екологічно чистої енергії.

Ферма з сонячних колекторів.

Сонячний колектор (друга назва “геліосистема), акумулює сонячну енергію та направляє її на нагрівання теплоносія. Використання такого обладнання дозволяє додатково опалювати свій будинок в періоди міжсезоння (весна, осінь) і навіть частково взимку. Власники геліосистем отримують гарячу воду і тепло абсолютно безкоштовно.

Конструкція та принцип роботи сонячного колектора

Найпростіший сонячний колектор – це металеві пластини чорного кольору в корпусі зі скла або пластику. Найчастіше монтуються на даху будинку. По суті, сонячний колектор подібний до теплиці чи парника, які “вбирають” та накопичують сонячну енергію. Енергія сонця нагріває теплоносій, який циркулює по трубах, розміщених під пластинами. Чим більше енергії передається теплоносію, тим вище ефективність колектораа. Але, хоча принцип роботи такого обладнання один і той же, конструкція їх дещо різниться в залежності від типу, можливостей  і сфери застосування.

Схема роботи сонячного колектора.

Принцип роботи

Робота сонячного колектора заснована на примусовій або гравітаційній циркуляції теплоносія. Захолола вода в накопичувальній ємності поступово опускається вниз, звільняючи місце для нагрітої води з колектора. Холодна вода потрапляє під сонячні промені, де нагрівається і знову надходить в резервуар. На практиці це означає, що вода в накопичувальному баці завжди залишається гарячою – в сонячні дні її температура може доходити до 70-80 ºС.

Типи і характеристики геліосистем для ГВП та опалення

Нижчеописана схема роботи сонячного колектора дещо спрощена, в реаліях все трохи складніше. Існує кілька типів сонячних колекторів зі своїми конструктивними особливостями.

Плоскі

Плоский колектор – один з найпоширеніших типів. Їх перевага в доступній ціні, проте в порівнянні з іншими конструкціями вони втрачають більше тепла. Плоскі сонячні колектори складаються з площинного поглинача, прозорого скляного покриття, теплоізоляції зі зворотного боку і металевої рами.

Плоский сонячний колектор для опалення, ГВП.

Площинний поглинач – це пофарбований в темний колір металевий лист, який контактує з трубами по яким рухається теплоносій. Шар поглинача акумулює сонячні промені і трансформує сонячну енергію в теплову. Потім вона передається рідині (найчастіше це суміш води і гліколю). Нагріта рідина рухається в теплообмінник теплоакумулятора і віддає тепло. Скляне покриття колектора захищає поглинач від впливу навколишнього середовища і знижує втрати тепла, створюючи парниковий ефект. Цю ж функцію виконує теплоізоляція з мінерального волокна зі зворотнього боку колектора.

Вакуумні

Вакуумеі сонячні колектори складаються зі скляних трубок, усередині кожної з яких розташовується пристрій, що поглинає сонячне світло. Вакуумне проводить тепло і тому тепловтрати таких колекторів значно менші. Існує два види вакуумних колекторів, що розрізняються за способом нагріву – з непрямою теплопередачею і прямоточні. Перший вид пристроїв призначений для всесезонного використання, а другий – для теплої пори року, з квітня до вересня.

Схема вакуумної геліосистеми.

Концентраційні

Навесні, влітку і восени денний кутовий хід сонячних променів більше 120 градусів. Саме в цьому кутовому діапазоні найбільш ефективно працюють нерухомі сонячні колектори. Підвищення ефективності обладнання можливо шляхом введення в сонячні колектори спеціальних концентраторів. Це параболоциліндричні відбивачі, прокладені під поглинаючими елементами. Вони концентрують сонячні промені і направляють їх на панель. Для отримання більш високих температур нагріву потрібні пристрої стеження за сонцем. Це досить дороге рішення і застосовується воно в основному в промислових сферах.

Повітряні

Сонячні повітряні колектори використовуються для нагріву повітря. Це прості плоскі колектори, які можуть використовуватись для опалення приміщень, підігріву води і сушки сільськогосподарської продукції. Повітря проходить через поглинач завдяки природній конвекції або під впливом вентилятора. Недолік останнього варіанту в тому, що є витрати електроенергії на роботу вентиляторів.

Термін служби сонячних колекторів становить від 10 до 40 років, а то й більше. Срок експлуатації залежить від типу і виробника. Дешева продукція азіатських розробників не надто надійна, тоді як геліосистеми європейських та американських компаній можуть працювати довго і надійно.

Як розрахувати потужність сонячного колектора

Сонячні колектори для будинку повинні мати відповідну продуктивність, щоб окупитись в оптимальні сроки. Є різні способи розрахувати продуктивність геліосистеми під свої потреби. Найкращий варіант – звернутись в спеціалізовану компанію де вам виконають розрахунок за допомогою спеціальної програми.

Самостійно розрахувати площу сонячного колектора можна за допомогою таблиці нижче. Для цього потрібно знати скільки людей буде користуватись ГВП та опалювальну площу.

Розрахунок сонячного колектора для опалення, водопостачання будинку.

Як показує статистика, в середньому в домашньому господарстві для використання гарячої води на 1 людину потрібно від 2 до 4 кВт теплової енергії в день.

Використання сонячних колекторів в в Україні і світі

Сонячні колектори широко поширені в усьому світі, хоча в Україні вони монтуються поки що досить рідко. Справжній бум сонячних колекторів припав на 1970-ті, за часів нафтової кризи. Тоді їх почали застосовувати в багатьох країнах, від США до Японії. В Ізраїлі в наші дні більше 90% населення використовують сонячні колектори. Зараз загальна потужність сонячних колекторів світу перевищує 300 гігават теплової енергії і продовжує неухильно зростати.

Багато хто може засумніватися – чи розумно використання таких пристроїв в Україні, де клімат далеко не такий теплий і сонячних днів значно менше, ніж в південних широтах? Розрахунки, проведені спеціалістами , доводять, що наші кліматичні умови досить прийнятні для використання сонячного обладнання. Максимальне значення більше тисячі Вт (при ясному небі опівдні). Отже, при установці сонячного колектора площею 2 кв. м вода в баку ємністю 100 л буде щодня прогріватися до температури від 45 ºС і більше (цей показник може доходити до 70 ºС). В теплі місяці колектор зможе забезпечити повністю потребу в гарячій воді.

Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації для північних регіонів України близько 1 070 кВт∙год/м. кв. в, до 1 400 кВт∙год/м. кв. для південних. Геліосистеми можуть достатньо ефективно експлуатуватися цілорічно, (найбільш ефективно квітень-жовтень).

Сонячні колектори застосовуються для опалення будинку, приготування гарячої санітарної води, підігріву басейнів, обігріву парників, теплиць, забезпечення гарячою водою душових, бань, саун. Вони легко інтегруються в мережу водо- і теплопостачання, монтуються без особливих проблем, не потребують дозвільних документів. За допомогою сонячних колекторів можна скоротити витрати на оплату енергоносіїв взимку та міжсезоння, а в літні місяці отримувати і зовсім безкоштовну гарячу воду. До відомих і надійним виробникам сонячних колекторів ставляться такі компанії, як ALTEK, RODA TiSUN, Ferroli, VIESSMANN, VAILANT, WOLF. Останні три німецького виробництва і користуються особливою довірою фахівців та забудовників. Ці бренди не просто пропонують надійну продукцію – вони постійно удосконалюють свої системи і впроваджують нові технології.

Вартість геліоустановки для будинку

Ціна сонячного колектора для опалення будинку залежить від його типу, складності системи і потужності, а також, не в останню чергу, від виробника.

Відносно невеликі установки китайського виробництва для приватних будинків, котеджів і дач з номінальною потужністю призначені для підігріву води 100-150 л/добу коштують близько 300-400 USD.  Більш потужні системи з декількома колекторами вже будуть коштувати мінімум декілька тисяч доларі. До ціни треба додати вартість монтажу, наладки і додаткового обладнання (накопичувальний бак для води, проточний теплообмінник, тощо залежно від компоновки системи).

За який термін окупиться колектор? На це впливає режим експлуатації. Сонячні колектори в опалювальний період підтримують опалення приблизно на 25%, а гаряче водопостачання в літні місяці на 80-90%, так що окупність буде прямо залежати від ваших звичайних витрат на тепло і гарячу воду. В середньому термін окупності сонячних колекторів в Україні складає три-п’ять років. Встановлювати таке обладнання є сенс.

Напишіть відгук