Солнечные коллекторы для отопления дома и их характеристики

Для преобразования энергии солнца в тепло используется специальное приспособление, называемое коллектор солнечный. Существует несколько разновидностей агрегатов в зависимости от типа теплоносителя, а также конструктивных особенностей. Мы расскажем о преимуществах и недостатках подобных устройств, особенностях их работы и выбора. А также опишем технологию изготовления коллектора своими руками.

Плюсы и минусы солнечных коллекторов в системе отопления

Общие преимущества гелиосистем заключаются в возможности устройства автономного горячего водоснабжения и отопления дома. Срок службы конструкции составляет примерно 30 лет, а все расходы на покупку и установку окупятся через 5 лет максимум. Независимость от наличия электричества и экономия на покупке энергоносителей – дополнительные преимущества. В ходе работы системы нет никаких отходов и загрязнений. Она легко интегрируется в отопительный контур дома и может использоваться для обогрева теплиц, бассейнов и хозяйственных помещений. Систему можно оптимизировать под собственные нужды.

На заметку! КПД гелиосистемы доходит до 95%.

Плоский солнечный коллектор для отопления дома имеет следующие преимущества:

1. Агрегат обладает высокой производительностью при приемлемой цене. Но это утверждение справедливо только для южных теплых регионов.
2. Устройство может самостоятельно очищаться от снега.
3. При эксплуатации в летний сезон КПД максимально высокий.
4. Аналогичные агрегаты другой конструкции стоят намного дороже.

К недостаткам устройств можно отнести следующее:

• Из-за конструкции преобразователя теряется большая часть тепловой энергии.
• Во время работы в межсезонье (осень, весна) КПД агрегата невысокий.
• Готовые конструкции очень сложно транспортировать и устанавливать.
• Плоская конструкция значительной площади обладает большой парусностью, что повышает риск ее повреждения во время эксплуатации.
• Ремонтные работы проводить очень сложно. К тому же потребуются значительные физические затраты.

Отдельно расскажем о преимуществах вакуумных солнечных коллекторов.

К числу их плюсов причисляют следующее:

1. Если оценивать производительность и стоимость этих агрегатов при эксплуатации в умеренных и холодных регионах, то равных им нет.
2. В сравнении с аналогами отличаются малыми тепловыми потерями.
3. Коллекторы можно эксплуатировать при минусовых температурах окружающего воздуха.
4. Прибор может вырабатывать тепловую энергию даже в пасмурную погоду, в утреннее и вечернее время, когда на поверхность не попадают прямые солнечные лучи.
5. Конструкция легко транспортируется и монтируется.
6. Надежность и долговечность.

К минусам вакуумных коллекторов можно отнести их дороговизну, а также строгие требования к расположению конструкции в пространстве относительно земной поверхности. В некоторых случаях на покупку всей гелиосистемы нужно выделить около 10 тысяч долларов.

Важно! Общий недостаток всех коллекторов в том, что эффективность работы зависит от климатических особенностей, формы крыши, ландшафта и протяженности светового дня. Окупаемость конструкции связана со всеми этими показателями.

Разновидности солнечных коллекторов и особенности работы

По конструктивным особенностям тепловые солнечные коллекторы бывают:

• Плоские. Агрегат сделан в виде прямоугольной плоской коробки. Короб выполнен из прочного материала и выполняет функции корпуса. Внутри укладывается изоляцией с пластиной, поглощающей тепло. В углублениях изоляции прокладываются медные трубки, по которым циркулирует теплоноситель. С внешней стороны корпус закрыт поглощающей оболочкой и стеклом.
• Вакуумный солнечный коллектор имеет в своей конструкции множество вакуумных трубок. В корпус встроен теплообменник с теплоносителем. Здесь энергия от внутреннего контура из трубок передается на наружный контур с тепловым носителем.

В зависимости от типа теплоносителя коллекторы бывают воздушные и водяные. Работа воздушного агрегата основана на принципе «парникового» эффекта. Солнечная энергия полностью поглощается специальным покрытием. Приемник тепловой энергии подогревает воздух внутри. Подогретые воздушные потоки подаются в дом при помощи вентилятора или с использованием принципов естественной конвекции.

В зависимости от особенностей использования теплоносителя выделяют следующие коллекторы:

1. Пассивные агрегаты используются в комплексе с накопительным баком. Они обеспечивают нужды горячего водоснабжения. При этом не нужно устанавливать систему безопасности и циркуляционный насос.
2. Активные модели помимо коллектора укомплектовываются защитными клапанами, накопительным баком, насосом, устройствами для подогрева теплоносителя. Активные гелиосистемы применяются для обогрева дома и горячего водоснабжения.

По способу передачи тепловой энергии бывают агрегаты косвенного и прямого типа. Первая разновидность укомплектовывается накопительным баком. Здесь тепловая энергия от внешнего контура передается на внутренний, который обеспечивает нужды отопления и ГВС.

Принцип работы коллектора зимой

В отопительных системах частных домов используется вакуумный солнечный коллектор. Он состоит из стеклянной изоляционной трубки, тепловой медной трубки, поглощающего слоя и алюминиевых прокладок между трубками, изоляционной вакуумной крышки.

В зимнее время система работает следующим образом:

• Теплоноситель во внутреннем контуре под воздействием энергии солнца испаряется и конденсируется в теплообменнике коллектора. Здесь он передает тепловую энергию носителю внешнего контура и стекает вниз. Затем процесс повторяется снова.
• Теплоноситель из внешнего контура поступает в накопительный бак. Здесь тепло передается жидкости в системе горячего водоснабжения и отопления.
• Для движения теплового носителя во внешнем контуре устанавливается циркуляционный насос. Также для работы системы в автоматическом режиме монтируются элементы управления, датчики, контроллеры.

Важно! Для работы в зимний период устанавливаются дублирующие устройства, например, дополнительные системы подогрева теплоносителя, работающие на газе, электричестве или биотопливе. Иногда в бак-аккумулятор встраивают ТЭНы.

Правила выбора агрегата

При выборе подходящей модели важно сделать расчет солнечного коллектора для отопления.

Также стоит обратить внимание на следующие параметры:

1. Плоские модели самые прочные, но неудобные в ремонте. При поломке приходится менять всю систему адсорбции. Плоские агрегаты позволяют нагревать теплоноситель до температуры, которая на 20-40°С превышает показатели окружающей среды.
2. Вакуумные разновидности чувствительны к внешним воздействиям. Хрупкие полые трубки легко повреждаются. Однако заменить одну трубку несложно. Эти модели намного эффективней работают зимой, чем агрегаты плоского типа.
3. Воздушные коллекторы отличаются простой конструкцией и неприхотливостью в использовании. Они долговечные и хорошо переносят низкие температуры, но прогревают дом хуже.
4. При выборе вакуумного агрегата учитывайте диаметр трубок. Чем больше длина и диаметр трубки, тем лучше преобразуется солнечная энергия. Оптимальный вариант – колбы длиной 200 см и диаметром 60 мм с внутренней прямой или U-образной вставкой.
5. При выборе моделей с жидким теплоносителем учитывайте эффективность сохранения тепла в холодный сезон и во время коротких световых дней.
6. Обязательно учитывайте несущую способность крыши при установке коллекторов на ней. В некоторых случаях каркас нужно дополнительно усилить.

Совет! Гелиосистемы лучше монтировать на южном скате крыши. Отклонение не должно превышать 30°C, а угол установки должен быть равен широте местности.

Схемы подключения преобразователей

Существует несколько схем подключения гелиосистемы в зависимости от их назначения:

• Горячее водоснабжение на лето от коллектора. В схеме предусмотрена естественная циркуляция воды, но для повышения эффективности можно установить насос. Бак монтируется на высоте 80-100 см от емкости для сбора воды. Коллектор с баком соединяется трубами диаметром ¾ дюйма. Стенки емкости утепляют минватой толщиной 10 см и слоем полиэтилена. На зиму воду из системы сливают.
• Круглогодичное использование гелиосистемы для подогрева воды. Для защиты от замерзания в контуре используется антифриз, также монтируется бойлер косвенного нагрева. Подогретый в коллекторе антифриз проходит через змеевик бойлера и подогревает воду в нем. Система укомплектовывается группой безопасности и расширительным баком, также нужен циркуляционный насос.
• Отопление от гелиосистемы. В этом случае также понадобится бойлер косвенного нагрева. Для дополнительного нагревания теплоносителя используют котел на газе или твердом топливе. Осенью и весной котел можно отключить. Для эффективного отопления дома площадь гелиоколлектора должна составлять 40-50% от площади постройки.
• Отопление и горячее водоснабжение от гелиосистемы. Для воды понадобится специальный бойлер с отдельной емкостью и змеевиком для циркуляции теплоносителя. Бойлер дополнительно подключают к котлу на газе, электричестве или твердом топливе.

Как сделать коллектор самостоятельно

Давайте разберемся, как сделать воздушный солнечный коллектор для отопления дома своими руками. Проще всего сделать плоскую модель с жидким теплоносителем. Корпус устройства можно собрать из металла или дерева. Габариты корпуса зависят от места монтажа и назначения конструкции.

Изнутри корпус защищается теплоизоляционным материалом. Сверху укладывается медная трубка в форме змеевика. Для повышения КПД под трубку укладывают слой фольги. Это позволит защититься от теплопотерь через нижнюю часть конструкции и повысить температуру внутри корпуса.

С внешней стороны корпус закрывается стеклом. Все дыры и щели тщательно герметизируются. В месте входа и выхода труб змеевика устанавливаются патрубки для подключения подающего и обратного трубопровода. Парубки подключают к системе подачи воды в бассейн или к летнему душу.