Виды солнечных коллекторов для отопления дома

Одна из задач для хозяев частных домов – создание системы отопления строения с минимальными затратами. Производители предлагают газовые, электрические, твердотопливные котлы, но энергоносители обходятся в круглую сумму. Альтернативой может стать коллектор солнечный – оборудование, которое при верном выборе и размещении обеспечит подачу тепловой энергии в нужное время и не потребует больших расходов. Рассмотрим, какими бывают солнечные коллекторы, и чем они различаются.

Преимущества и недостатки солнечных коллекторов для отопления

Специалисты отмечают ряд плюсов приборов:

1. Независимость, автономность приборов. Оборудование бесперебойно обеспечивает энергией при любых сбоях на магистрали, поставляя как тепло в трубы, батареи, так и горячую воду для бытовых нужд.
2. Длительный период пользования. В зависимости от выбора прибор работает до 35 лет. Окупаемость самого дорогого оборудования 5-6 лет.
3. Экономность. Повышение тарифов на энергоносители больше не будет проблемой – солнечный коллектор для отопления дома не зависит от подачи тока.
4. Широкая область применения. Посредством приборов можно обогревать не только дом, но и теплицы, подвалы и другие помещения, в том числе хозяйственного назначения.
5. Простота установки. Система просто и легко интегрируется в уже имеющуюся схему отопления, эксплуатация не влечет за собой остатков продуктов горения, газов.

Если использовать солнечный коллектор вместе с уже установленной схемой отопления, можно снизить нагрузку на энергосети, тепловые сети объекта, применять солнечную энергию как основную или адаптировать систему как вспомогательный источник тепла.

Недостаток один – цена оборудования. Перед тем как покупать устройства, необходимо тщательно просчитать все особенности – климат региона, ландшафт, форму крыши, количество и длительность световых дней. Для тепловых систем с самотечной циркуляцией теплоносителя следует позаботиться об установке циркуляционного насоса – это также повышает конечную смету на обустройство схемы.

КПД системы при правильном подборе составляет до 95% – это в средней полосе с большим количеством световых дней. Для северных районов КПД колеблется в пределах 70-80%, но это выше, чем показатели прочих источников тепла.

Расчет солнечного коллектора для отопления проводится на базе величины инсоляции региона за год, которая умножается на отапливаемую площадь и КПД – полученный результат обозначает годовой показатель. Дневной и годовой показатель указываются на сайтах метеосводки, геологических организациях города, области.

Виды солнечных коллекторов и принцип работы

Что такое солнечный коллектор? Это устройство, с помощью которого солнечная энергия преобразуется в тепловую посредством элементов оборудования.

Различаются агрегаты по нескольким признакам:

• по теплоносителю на воздушные и работающие на жидкости, в качестве которой выступает вода, антифриз, этиленгликоль;
• по виду конструкции – плоские, вакуумные.

Чтобы сделать тепло в доме, пригодится любой вариант агрегата, так как принцип работы у них одинаковый и основан на физических свойствах материалов поглощать энергию солнца. При заборе тепла молекулы материалов ускоряют движение, что вызывает нагревание вещества, таким образом солнечная энергия преобразуется в тепловую, которая потом подается на систему отопления дома.

По конструктивным особенностям коллекторы различаются так:

1. Плоские. Выглядят как прямоугольник из прочного материала, внутри корпуса которого расположена изоляционная прокладка, накрытая пластиной для сбора (абсорбции) тепла. Пластина дополнена углублениями, куда уложены трубы из медного сплава, передающие теплоноситель. Корпус закрывается кожухом, поглощающим солнечные лучи и прочным стеклом.
2. Вакуумные. Это системы трубчатого типа, также заключенные в корпус. Внутри трубок движется теплоноситель, передавая тепловую энергию на теплоноситель наружного контура.

Также различаются гелиосистемы по использованию носителя тепла:

• пассивные оснащаются накопительным баком, откуда поступает вода для ГВС, других инженерных сетей не обустраивается;
• активные – устройства с коллектором, насосом, защитными клапанами, используемые для получения горячей воды и подогрева теплоносителя для труб отопления дома.

Также нужно различать тип передачи тепла:

1. Гелиоприборы косвенного действия. Схема дополнена баком-аккумулятором, передающим тепловую энергию снаружи во внутренние контуры отопления, разводки ГВС
2. Прямоточные устройства. Это приборы, где подогревается вода для бытового использования. Перемещение жидкого вещества в контуре гелиоприбора обеспечивается разностью температур, а также установленной запорной арматурой – кранами, клапанами.

Как коллектор работает зимой?

Чтобы получить тепло в зимний период лучше ставить вакуумный солнечный коллектор – прибор обеспечит подачу энергии в условиях короткого светового дня.

Принцип работы системы такой:

1. При заборе тепла от солнца, носитель в контурах трубок преобразуется в газ, который испаряется и собирается в теплообменной камере. Так тепло передается во внешний контур. Затем после охлаждения теплоноситель из газообразного состояния снова переходит в жидкое, стекает по трубкам вниз и процесс возобновляется.
2. Подогретый теплоноситель из внешнего контура перемещается в аккумулирующий бак, откуда тепло поступает в систему отопления, ГВС.
3. В наружном контуре циркуляция теплоносителя обеспечивается насосом и системой автоматического контроля, управления. В схему входят датчики температуры, контроллер, а также другое оборудование, поддерживающее работу прибора в установленном режиме.

Чтобы добиться большей эффективности и теплоотдачи от солнечного коллектора, хозяину следует позаботиться о дополнительном источнике тепла. Например, установить электрический ТЭН в аккумулирующую емкость – так теплоноситель будет прогреваться быстрее.

Повышения расходов при использовании ТЭНа можно избежать, если установить контроллеры и автоматические приборы включения/отключения агрегата. Запуск ТЭНа будет осуществляться только при понижении температуры теплоносителя до пограничных показателей, а как только температура прогрева нормализуется, автоматический прибор контроля отключит ТЭН.

Как правильно выбирать коллектор?

Чтобы подобрать агрегаты, нужно брать на заметку советы от профессионалов:

1. Плоские приборы брать выгодно по цене, но вот при замене элементов придется отдать круглую сумму. Поломка выводит из строя систему накопления солнечных лучей, поэтому работа стоит дорого. Плюс оборудование нагревает воду не более, чем на 40 градусов выше, чем температура окружающей среды. Летом этого достаточно, зимой – нет.
2. Вакуумные тепловые солнечные коллекторы чутко реагируют на внешние агрессивные воздействия, зато замена трубок – дело быстрое и недорогое.
3. Плоские виды оборудования выгоднее в зимнее время, так как обладают большей площадью забора энергии, но вакуумные удобнее, если встроить в аккумулирующий бак ТЭН для дополнительного прогрева.
4. При выборе вакуумных гелиосистем, необходимо обращать внимание на то, чтобы колбы были длиной до 2 м и шириной до 0,6 см, а вставка внутри была в форме буквы U – это обеспечит качественный термогенез.
5. Если выбирать воздушный солнечный коллектор, то это оборудование обойдется недорого, приборы простые по конструкции и хорошо переносят воздействие низкотемпературного режима. К тому же агрегаты практически не ломаются, но вот прогревают дом плохо. Короткие трубы снижают расчетные показатели выработки нагрева, поэтому воздушный коллектор будет уместен в регионе с теплым климатом и длинным световым днем.

Стоит знать, что указанная в техпаспорте единица кВт мощности – это номинальный уровень, производимый в пик светового дня. Утреннее и вечернее время не учитываются. Чтобы поддерживать тепло в ночной период используется энергия, накопленная днем. Важно проверять прибор на длительность периода сохранения тепла.

Совет! Часто в продаже предлагаются агрегаты с малым уровнем энергосбережения. Такие гелиосистемы для зимних морозов не подходят, как и приборы с водным теплоносителем – он замерзнет на морозе.

При вертикальной установке гелиоприборов можно добиться автоматического схода снега. Устанавливать агрегат следует «лицом» на южную сторону с отклонением от юга не более чем на 30 градусов. Если предполагается эксплуатировать агрегат в течение всего года, то угол установки рассчитывается по показателю широты местности.

Установка коллекторов – процесс сложный, требующий учета многих особенностей и нюансов. Проще всего поручить дело профессионалам – специалисты выполнят нужные замеры, помогут подобрать гелиосистему, способ установки на крыше.

Схемы подключения коллекторов

Стандартные схемы подключения коллекторов можно рассматривать при любом типе оборудования. Правило монтажа только одно – система должна обеспечивать передачу преобразованной солнечной энергии в теплоаккумулятор, которым может быть как накопительным баком, так и нагревателем ГВС. Он дополнен теплообменником для подсоединения гелиосистемы.

Рассмотрим основные схемы присоединения оборудования:

• Чтобы система работала в зимний период, ее нужно дополнить косвенным источником нагрева, например, ТЭНом.
• При интеграции коллекторов в самотечную систему охладитель следует ставить выше, чем нагреватель. Для этого нужно рассчитать установку бака так, чтобы низ находился на 50 см выше, чем верхняя точка коллектора.
• При размещении бойлера ГВС на чердаке уместно ставить гелиосистему на крышу. Трубы выбираются большого диаметра, чтобы снизить гидравлическое сопротивление и утепляются листом материала толщиной до 10 см.
• Если система с коллектором предназначена для прогрева бойлера косвенного нагрева, где теплоноситель также прогревается котлом, то обязательна установка циркуляционного насоса. Бойлер в этом случае лучше размещать рядом с котлом.
• Если нужно встроить гелиоприбор в уже имеющуюся схему отопления, то коллектор удобнее всего подключать на отдельный аккумулирующий бак. В этом случае не придется менять элементы системы.

Чтобы вся система работала без перебоев, следует позаботиться о приобретении и установке расширительного бака, объем которого должен быть не менее 0,1 объема контура, аварийном клапане для сброса повышенного давления, автоматическом воздухоотводчике. Если не установить автоматическое управление циркуляционным насосом, то придется запускать и отключать систему вручную.

На заметку! При круглогодичном применении гелиосистемы в качестве теплоносителя применяется антифриз. Но можно заливать и воду, полностью выпуская теплоноситель перед заморозками.

Как сделать солнечный коллектор своими руками

Чтобы сделать воздушный солнечный коллектор для отопления дома своими руками потребуется:

• рама из деревянных планок с фанерным дном размером 150х150 см;
• дополнительные плашки сечения 20х40 мм;
• изоляционная и рефлектирующая пленка;
• лист черного или зачерненного металла;
• лист поликарбоната, оклеенный УФ-пленкой;
• 2 вентилятора и 2 обратных клапана для установки на выходе из гелиоприбора.

Алгоритм работ предельно простой:

1. Фанерный лист разделить на два куска размерами 105х150 см и 45х105 см. Куски соединить планкой. На дно полученного листа выложить изоляционную светоотражающую пленку.
2. В дне проделать 2 отверстия диаметром в 10 см – они нужны для забора холодного воздуха из помещения. В верхней части также сделать 2 отверстия в 10 см для поступления теплого воздуха из коллектора. В нижние дырки будут вставлены вентиляторы, а на верхние нужно установить обратные клапаны, чтобы при выключенных вентиляторах воздух не выходил из комнаты.
3. Раму из фанеры утеплить пленками, чтобы уменьшить теплопотери. В качестве рефлектирующий пленки подходит алюминизированный материал, отражающий тепловые лучи.
4. Абсорбер (черный или зачерненный лист металла) дополняется с внутренней стороны сеткой – прибить на гвозди. Сетка требуется для смены структуры воздушных потоков, которые создаются вентиляторами.
5. Теперь конструкцию прибить к рамке коллектора. Холодные потоки воздуха будут проходить через сетку, прогреваться до однородного температурного показателя.

Остается вставить вентиляторы, подключить их к питанию. Достаточно приборов мощностью на 14 Вт, чтобы обеспечить поступления на коллектор от 3 кВт в час. Поверхность абсорбера покрыть листом поликарбоната и установить коллектор на стену дома или другое выбранное место. Чтобы разместить систему на стене, в панелях высверливаются дырки диаметром в 10 см, гелиоприбор фиксируется и можно запускать схему в работу. Есть вариант еще проще, где в качестве подручного материала используются жестяные банки, как сделать коллектор, подскажет видео.