Солнечные коллекторы для отопления - виды и преимущественные характеристики

Установка для прямого преобразования энергии

В европейских странах уже давно для отопления применяют гелиосистемы, что позволяет экономить на обогреве жилого сектора. Проблемы с энергосбережением становятся все острее, поэтому многие наши соотечественники тоже задумываются о солнечном коллекторе для отопления как об альтернативном источнике тепла. На сегодняшний день это самый чистый и экологически выгодный биоресурс.

Гелиосистемой называют установку, преобразующую солнечное тепло в любой вид энергии. Сегодня все чаще можно увидеть и большие солнечные электростанции, и специальные солнечные коллекторы для отопления, поглощающие солнечную энергию и преобразующие ее в тепло.

Устройство и принцип работы

Еще каких-нибудь 50 лет назад у каждого на крыше загородного дома стоял большой бак, в который летом заливалась вода. За день она хорошо прогревалась, поэтому вечером можно было принимать теплый душ. Подобная система и стала прототипом солнечного коллектора.

Принцип действия остался тем же, преобразилась только установка. Она подверглась модернизации и полному техническому переоснащению. Ученые предложили модель, позволяющую пользоваться солнечной энергией для обогрева воды круглый год. Летом при помощи установки можно полностью перейти на нагрев воды для нужд дома, а в остальные дни, отапливая помещение, снизить затраты энергии ровно наполовину.

Отопление солнечными коллекторами работает и в пасмурную погоду. Ведь система способна поглощать энергию солнца даже через облака. А автоматическое управление позволяет при необходимости переключаться на другие источники энергии, когда это необходимо.

В отличие от солнечных батарей, коллекторы не производят электричество. Они лишь нагревают теплоноситель, поэтому применяются для горячего водоснабжения и отопления жилого помещения.

Виды коллекторов

Существует несколько модификаций солнечных коллекторов. Они бывают:

Плоскими.

Вакуумными.

Коллекторно-концентратными.

Воздушными.

Отличаются они друг от друга устройством и принципом действия.

Плоские установки

Плоские модели представляют собой панели, поглощающие солнечное тепло. Они имеют прозрачное покрытие из закаленного стекла или рифленого поликарбоната. Задняя его часть покрыта специальным теплоизоляционным материалом. Панель связана с теплопроводящей системой трубками из сшитого полиэтилена.

Увеличить КПД установки помогают специальные оптические покрытия. Они обеспечивают полную передачу инфракрасного излучения теплоносителю, который благодаря инновационным разработкам может прогреваться до 200 градусов по Цельсию.

Есть у плоских коллекторов и достоинства, и недостатки. Плюсы их в том, что:

Во-первых, конструкция устроена таким образом, что сама может очищаться от снега. Поэтому в зимнее время не придется каждый раз лазить на крышу, чтобы извлечь ее из-под сугроба.
Во-вторых, летом установка демонстрирует высокую производительность.
В-третьих, плоский коллектор можно устанавливать под любым углом. Он имеет наименьшую изначальную стоимость и показывает хорошее соотношение цены и качества. Но специалисты рекомендуют ставить плоские коллекторы только в южных широтах с преимущественно теплым климатом.

К недостаткам устройства можно отнести следующее обстоятельство. Конструкция плоских коллекторов не может предотвратить большие теплопотери, поэтому в холодное время года она демонстрирует низкую работоспособность.

Обратите внимание! Устанавливать плоский коллектор на крышу можно только в собранном виде, а это заметно усложняет процесс монтажа. Эффективно эксплуатировать установку также мешает высокая парусность.

Производителям удалось создать гелиосистемы, лишенные практически всех этих недостатков. Это вакуумные коллекторы.

Вакуумные приборы

Вакуумный коллектор 10-30 трубок с рамой

Вакуумные солнечные коллекторы работают по такому же принципу, как и панельные. Однако они еще больше прогревают теплоноситель, доводя его до температуры 300 градусов. В данном случае тепловые потери практически отсутствуют. Вакуумным коллектор называют потому, что стеклянное покрытие из нескольких слоев создает внутри системы вакуум.

Конструкция похожа на привычный для нас термос. С одной лишь разницей. Вместо светонепроницаемой колбы у отдельных элементов коллектора поверхность прозрачная, что позволяет забирать солнечное тепло. А на внутреннюю секцию нанесено специальное покрытие, увеличивающее поглощающие способности. Вакуум создается между двумя слоями трубки, внутри которой находится медный тепловой стержень. Именно он сохраняет до 96% забранного у солнца тепла.

Вакуумная установка эффективно работает даже при максимально низких температурах. Тепловая трубка не требует дополнительного заполнения. Внутри каждой находится жидкость, которая после нагрева превращается в газ и перемещается в конденсатор, где и нагревается теплоноситель. Вода поглощает тепловую энергию, температура снижается, и газ снова превращается в воду. По наклонным трубкам она спускается вниз на дно тепловой трубы, и весь процесс возобновляется. Так что передача солнечного тепла продолжается непрерывно.

Так как жидкость постоянно находится за стенками, защищенными вакуумом, она не замерзает даже при температуре минус 30. Тот же вакуум позволяет «запирать» тепло в ночное время суток, поэтому любые теплопотери исключены. Бесперебойная циркуляция прекращается лишь тогда, когда температура трубок внутри коллектора падает до 22 градусов.

Достоинства и недостатки вакуумных коллекторов

Установка из вакуумных моделей

Технические особенности и достоинства вакуумных коллекторов таковы:

Они обеспечивают высокую степень нагрева — температура в тепловой трубке может достигать 250-300 градусов.

Тепловые трубки выполнены из красной меди, эффективно нагревающей теплопроводную жидкость.

Внутри трубок нет воды, поэтому они не замерзают при низких температурах.

Основа коллектора выполнена из алюминия, так что установка имеет привлекательный дизайн, легко вписывающийся в концепцию современного экстерьера.

Конструкция способна выдержать высокое рабочее давление.

Модульные секции легко установить.

Однако у подобных устройств есть и недостатки. При обильном снегопаде придется вручную расчищать прибор от снега. Вакуумные коллекторы в отличие от плоских моделей имеют относительно высокую стоимость. Устанавливать их просто, но необходимо четко вымерить угол наклона. Он должен быть не менее 20 градусов. А еще лучше этот процесс доверить профессиональным специалистам.

Коллекторно-концентратные приборы

Солнечные концентраторы работают немного иначе, чем плоские и вакуумные коллекторы. Они представляют собой стационарные неподвижные установки, которые улавливают солнечные лучи, падающие на поверхность прибора под разными углами. Именно поэтому эффект нагревания не всегда максимален. Но производители легко устранили подобную проблему, установив устройства слежения за солнцем. Это помогло значительно увеличить КПД прибора.

Главный элемент этих установок — параболоцилиндрический отражатель. Он вмонтирован под плоскую прозрачную поверхность. Коллекторно-концентратные приборы прогревают не теплоноситель, а воздух в помещении.

Воздушно-солнечный коллектор

Еще одна гелиосистема — воздушный солнечный коллектор. Его используют только для отопления внутренних помещений или для сушки сельскохозяйственной продукции. Конструкция прибора проста. Внешний блок похож на большой ящик, дно которого покрыто специальной черной светопоглощающей краской.

Сверху ящик закрыт стеклянной плитой или любым другим прозрачным листом. Сквозь такую крышку легко проходят лучи солнца. При этом черное дно усиливает их поглощение и прогревает воздух внутри ящика. При помощи вентилятора прогретый воздух подается в помещение.

Преимущество подобной установки в том, что воздушная система отопления намного практичнее водяной. Ведь здесь полностью отсутствуют трубопроводы, да и сама установка стоит намного дешевле плоских и вакуумных коллекторов.

Внутри воздушного солнечного коллектора нет теплоносителя, поэтому отсутствует риск его промерзания. Это исключает возможность протечки прибора. Монтируется установка просто, быстро и даже самостоятельно, без привлечения специалистов. Поэтому все чаще потребители обращают внимание именно на такие альтернативные источники тепла.

Главный недостаток описываемых систем — низкий КПД. Поэтому пока установку используют только как дополнительный источник тепла.

Обобщение по теме

Теперь вы знаете основные виды гелиоустановок для промышленного и бытового отопления помещений, для горячего водоснабжения и подогрева бассейнов. Преимущества использования солнечных коллекторов очевидны. Они помогают снизить коммунальные расходы, сэкономить на органических видах топлива и сократить вредные выбросы в атмосферу. Поэтому они активно внедряются в нашу жизнь.