Практики энергосбережения: используем гелиоколлектор
С мая по октябрь энергия солнца может покрывать потребности в горячей воде, а зимой – подпитывать систему отопления, тем самым уменьшая потребление электроэнергии, газа, твердого или жидкого топлива.Солнце, которое не меркнет
Водонагревательная установка, как правило, довольно проста: она состоит из одного или нескольких коллекторов, в которых происходит нагрев теплоносителя, и резервуара, в котором теплоноситель нагревает воду. В Северной Европе такая система способна обеспечить 50-70&thinsp-% потребности в горячей воде, а в Южной – целых 70-90&thinsp-%.
Наиболее простыми, но в то же время и распространенными по причине доступности были и остаются плоские солнечные коллекторы. Низкая стоимость таких моделей объясняется их ограниченной геометрией: они работают только тогда, когда солнечные лучи падают на поверхность под углом 30°, а это значит, что даже летом при максимально длинном восьмичасовом периоде активности их эффективность составит всего 70&thinsp-% по сравнению с подвижными коллекторами.
Ориентируемые на солнце модели намного эффективнее статичных плоских коллекторов, так как могут беспрепятственно ловить прямые солнечные лучи, которые по мощности в 2,5-3 раза превосходят рассеянный свет. По своей конструкции они делятся на два вида: со встроенным подвижным зеркалом и полностью подвижные установки. Правда, и те, и другие отличаются очень высокой ценой, поэтому, несмотря на высокий коэффициент полезного действия, не пользуются особой популярностью среди владельцев частных домов.
Третий тип солнечных коллекторов – трубчатые. За счет округлой поверхности такие установки способны принимать солнечный свет от 7 до 17 часов в сутки независимо от сезона, но во многом эта цифра обусловлена параметрами коллектора: диаметрами трубок и расстояниями между ними.
Довольно простой механизм представляют собой и воздушные солнечные коллекторы. Они работают по принципу парникового эффекта: солнечные лучи проходят сквозь прозрачный материал, под которым находится черный теплоприемник. Последний нагревается сам, а затем нагревает воздух в системе отопления, подключенной к гелиоустановке.
Ну и одно из последних достижений в области использования альтернативной энергетики – солнечные коллекторы-концентраторы. Главное их отличие от обычных коллекторов – в наличии рефлекторов или отражателей, позволяющих установке впитывать солнечный свет с больших площадей. На сегодня это самый эффективный по производительности тип коллекторов.
Применение на практике
При выборе любого из солнечных коллекторов, независимо от типа конструкции и вида теплоносителя, действуют одни и те же правила.
Во-первых, обращайте внимание на оптический КПД и коэффициент теплопередачи поглотителя. Первый показатель указывает, какая часть солнечного излучения поглощается. Чем больше, тем лучше, но обычно он колеблется в пределах 70-85&thinsp-%. Второй – показывает долю тепловых потерь поглотителя. Соответственно, чем он меньше, тем лучше. Средний показатель – 2-5 Вт/м2.
Во-вторых, имеет значение наличие покрытия коллектора – от него напрямую зависит долговечность устройства. Минимальный срок службы качественного гелиоприемника – 15 лет, но без надлежащего покрытия, например стеклом с высокой светопропускной способностью, металлический корпус подвергнется коррозии и не проработает столько времени.
В-третьих, не обходите стороной вопросы надежности и легкости монтажа. Где бы и кем бы ни была смонтирована установка, солнечный коллектор может оказаться под воздействием высоких температур, и, как следствие, в нем возможны вскипание жидкостей, вибрации и снижение эксплуатационных характеристик. Выбирайте гелиосистемы, в которых интегрировано устройство ограничения температуры – это существенно повышает надежность оборудования.
И помните: для частных домов плоские коллекторы зачастую представляют наиболее удачный выбор. Их не очень высокий КПД может быть улучшен за счет увеличения площади. Кроме того, вакуумные системы труднее чистить, они больше подвержены механическим повреждениям и медленнее оттаивают зимой из-за низкого теплового излучения.
Циркуляция теплоносителя
Принцип работы гелиосистем с естественной циркуляцией состоит в том, что теплоноситель, нагреваясь в солнечном коллекторе и имея более низкую плотность, чем холодный, устремляется вверх. Если коллектор подключить к баку-аккумулятору, расположенному в верхней точке аппарата, возникает самопроизвольная циркуляция теплоносителя. Ее скорость зависит от конструкции коллектора, интенсивности солнечного излучения, скорости охлаждения в теплообменнике бака-аккумулятора. Преимущества такой системы – в простоте конструкции и энергонезависимости. Недостатки – более низкая эффективность работы по сравнению с системами с принудительной циркуляцией, а также ограниченные возможности управления – существует риск перегрева бака либо прекращения движения жидкости.
Видео: Домашний тепловой пункт. Проблема с 220 вольт
В системах с принудительной циркуляцией в контур коллекторного круга подключают маломощный насос, который обеспечивает движение теплоносителя. Работой устройства управляет специальный контроллер. Стоимость такой системы выше, чем системы с естественной циркуляцией.
Схема нагрева воды
Для подогрева воды с помощью солнечной энергии можно использовать солнечные коллекторы с прямым или с косвенным нагревом. Система первого типа достаточно проста, но имеет ряд недостатков, как например, чрезмерный подогрев воды может привести к ожогам во время использования и даже к закипанию и поломке системы. Кроме того, при пиковых нагрузках расход воды может превысить существующий объем и коллектор просто не будет успевать ее подогревать.
Система с косвенным подогревом воды отличается более сложным устройством бака и наличием специального регулирующего элемента, который позволяет поддерживать температуру в кране на уровне 45-50°. К регулирующему элементу подводят две трубы: одну – с горячей водой из бака, вторую – с холодной водой из водопровода. Если температура воды в баке поднимается выше 50°, регулятор автоматически добавляет холодную воду из водопровода. Чем выше температура воды в баке, тем больший объем холодной воды добавит регулятор. Это позволяет поддерживать изначально заданную температуру воды в кране, расход которой из бака-аккумулятора будет меньше, чем при первом варианте.
Батарея или коллектор: в чем разница?
Солнечная батарея и солнечный коллектор – две принципиально разные технологии, предназначенные для решения разных задач. Первые преобразовывают солнечную энергию в электрическую, вторые – в тепловую. Но эффективность солнечных батарей пока не очень высока – около 15&thinsp-%. Одна фотоэлектрическая солнечная батарея занимает немного места – 1 1,5 м. Однако, чтобы выработать 2 кВт ч энергии, нужно установить 10 панелей.
Солнечный же коллектор – это, по сути, циркулятор низкотемпературного теплоносителя, то есть водонагреватель (по аналогии с радиатором). В него входит холодная вода, а выходит горячая, нагретая от солнца.
