Особенности солнечных коллекторов для отопления дома

При постройке частного дома важно выбрать, как он будет отапливаться. Традиционные способы — дровяные камины, печи, электрические батареи — потребляют много ресурсов в процессе эксплуатации и не всегда удобны.

Всё более популярными становятся солнечные коллекторы для отопления домов. Это качественный инновационный способ нагрева воды и поддержания тепла во всём здании.

Принцип работы

Современный технический прогресс позволяет использовать тепловые коллекторы для отопления. Они представляют собой климатическую технику с возобновляемым ресурсом энергии. Потратиться придётся только на приобретение оборудования (или его составных частей, если делать аппарат самостоятельно).

Каждый квадратный метр коллектора позволяет сэкономить 800 киловатт в год. Это составляет 30−40% общего потребления тепла в доме, а в некоторых случаях эта цифра доходит до 50%.

Принцип работы солнечных тепловых коллекторов почти ничем не отличается от функционирования обычных бытовых водонагревателей. Энергия воздействует на тепловой элемент, тем самым повышая температуру жидкости внутри: вода, антифриз или воздух.

Погода не всегда позволяет использовать только солнечное тепло, поэтому были изобретены модели, использующие в своей работе одновременно и энергию солнца, и электричество. Когда на улице стоит холодная погода, а освещение низкое, солнечные лучи используются лишь для того, чтобы прогреть устройство, а дальше в дело вступает электричество. Такие модели менее экономичны, чем их собратья, нацеленные только на сбор тепла из окружающей среды. Эта технология была названа принудительной циркуляцией и чаще применяется в наиболее крупных солнечных коллекторах.

Подобное совместное функционирование применяется чаще, чем автономное. Однако в регионах, где количество солнечных дней значительно превышает количество пасмурных, не исключается полное переключение на энергию природы без задействования электричества. Чтобы использовать её максимально, нужно учесть этот вариант ещё на этапе постройки здания и грамотно его теплоизолировать.

Основные виды устройств

Гелиоустановки можно разделить на несколько типов, зависящих от их конструкции. Самые популярные — плоскопластинчатые солнечные коллекторы для дома. Их основные составные части:

• абсорбер — пластина, улавливающая солнечные лучи;
• прозрачное покрытие;
• теплоизоляция, находящаяся на нижней поверхности.

Предпочтительнее выбирать абсорберы, которые сделаны из меди, прекрасно проводящей тепло. Сверху пластины покрывают специальным покрытием на основе чёрного никеля или оксида титана, хотя в самых дешёвых вариантах может использоваться и обычная чёрная краска.

https://youtube.com/watch?v=9eCJvdirj5s

Покрытие, пропускающее свет, изготавливают из закалённого стекла, в котором почти нет металлических примесей, или из профильного рифлёного листа из поликарбоната.

Чтобы конвекция не вызывала теплопотери, все щели между корпусом коллектора и прозрачным покрытием нужно тщательно загерметизировать. Существует два типа таких конструкций:

1. 1. Воздушные — в качестве теплоносителя используют воздух, который непосредственно примыкает к абсорберу с одной или двух сторон.
2. 2. Жидкостные (с применением воды, антифриза, масла) — в них теплоноситель подаётся при помощи специальных трубок, сделанных из меди или алюминия.

Чтобы повысить эффективность установки, можно использовать материалы, которые не излучают инфракрасное излучение и применяют большее количество собранного тепла для обогрева.

Второй распространённый тип тепловых коллекторов для отопления — вакуумные. Они куда дороже, но эффективнее собирают энергию. Абсорбером в таких устройствах является трубка, внутри которой протекает теплоноситель. Множество этих элементов собрано и находится в круглом прозрачном кожухе, в котором поддерживается вакуум.

Чтобы повысить производительность таких устройств, можно использовать отражатели света с вогнутой зеркальной поверхностью, которые собирают непойманные лучи и направляют их в сторону коллектора. Дополнительным способом увеличения производительности может стать установка системы слежения за солнцем.

Эффективность в зимнее время

Отопительная система наиболее актуальна в зимний период, поэтому потенциальных покупателей солнечных коллекторов для отопления дома интересует, будут ли эти устройства столь же эффективны зимой. Есть несколько главных опасений, которые озвучиваются людьми:

1. 1. Панель засыплет снегом, и она не будет работать.
2. 2. Холодный воздух приведёт к полному улетучиванию тепла с абсорбера.
3. 3. Повреждение панели градом.

Эти конструкции вполне работоспособны даже зимой, поэтому все опасения беспочвенны. Да, снег может задерживаться на коллекторах, но только на панелях, выполненных в форме плоской пластины. На трубках вакуумных приборов иногда образуется изморозь, но такие случаи редки. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер, то он сдует весь снег и абсорбер останется чистым.

Теплопотери из-за зимнего холода куда более актуальны для плоских моделей. Их эффективность зимой может стать в пять раз ниже первоначальной. Вакуумные варианты более совершенны и обладают прослойкой, которая сберегает до 95% тепла. Современные оптимизированные коллекторы могут даже в самые сильные холода довести воду до кипения.

Насчёт ударопрочности панелей тоже не стоит волноваться: они, как правило, сделаны из хорошо защищённых от внешнего воздействия материалов. Существуют видео, на которых заснят процесс бомбардировки стальными шариками и другими прочными предметами. После их просмотра становится понятно, что бояться воздействия града не нужно.

Достоинства и недостатки

Плюсов у таких систем немало. Особенно рады их применению экозащитники — такие панели абсолютно безопасны как для человека, так и для окружающей природы. Внешний вид любого коллектора довольно эстетичен и облагораживает общий облик здания. Но это не единственные положительные стороны, немало и других:

• автономность использования — коллекторы обеспечивают бесперебойное снабжение горячей водой в любое время года и независимо от выполняемых ремонтных работ на водоканале или в теплосетях;
• солнечные панели легко интегрируются в уже установленную систему отопления;
• использование коллекторов снижает затраты на электроэнергию и отопление;
• они легко оптимизируются под те нужды, которые имеются у хозяина дома;
• при их эксплуатации не образуется грязи или отходов;
• их КПД более высок, чем у ветрогенераторов или фотоэлектрических элементов;
• можно обогревать не только весь дом, но и теплицу, бассейн или хозяйственное помещение;
• платить за энергию, собранную коллекторами, никому не надо, и даже если повысят цены за отопление или электричество, это никак не повлияет на их использование;
• они служат до 30 лет, а окупаются и начинают приносить выгоду уже через 3−4 года.

Однако есть у этих систем и некоторые минусы, список которых куда менее обширен. В их число входят:

• высокая стоимость покупки и установки — даже самые простые модели стоят немало, а в зависимости от размера помещения, масштабности системы, комплектации и производителя можно выложить за систему коллекторов сумму до десяти тысяч долларов;
• неодинаковая эффективность работы не только в зависимости от времени года и климатических условий — в число факторов, влияющих на неё, входит форма крыши, особенности ландшафта, длина светового дня и многие другие.

Для средней полосы отлично подходят модели с принудительной циркуляцией, обеспечивающие более эффективный расход энергии и воды. Для южных регионов подойдут и устройства с пассивной циркуляцией.

Правила выбора

У всех видов таких устройств есть свои достоинства и недостатки. Выбирая подходящий для конкретных нужд коллектор, нужно обращать внимание на следующие нюансы:

• Выгоднее всего размещать панели на южной стороне дома или с отклонением от неё на 30 градусов или менее. Если планируется круглогодичное пользование тепловым отоплением, лучше подобрать угол установки, равный географической широте местности.
• Если поставить устройство вертикально, с него не придётся счищать снег, но КПД может значительно понизиться.
• Перед тем как коллектор приобретён, нужно составить проект всей схемы отопления, а также предусмотреть оптимальный способ крепления к крыше. Нередко для этого требуются дополнительные каркасы. Желательно предоставить все работы по составлению планов специалистам в этой области.
• Использование плоских моделей не всегда оправдано. Они куда более прочны, чем прочие разновидности, но при поломке их нужно менять целиком. Этот тип коллекторов может нагревать воду на 20−40 градусов выше температуры за окном.
• Вакуумные коллекторы куда более хрупкие, чем плоские: отдельные трубки повреждаются довольно легко. Но, заменив одну колбу, можно полностью вернуть функциональность всему устройству, именно поэтому их ремонт требует меньших финансовых затрат. Зимой они куда эффективнее плоских, так как лучше собирают солнечную энергию и дольше её сохраняют.
• Коллекторы с воздухом в качестве теплоносителя куда хуже прогревают дом, чем остальные варианты. Однако они отличаются долгим сроком службы и куда реже выходят из строя, практически не требуя ремонта.
• У вакуумных коллекторов количество энергии, преобразованной в тепло, прямо пропорционально размерам их трубок. Лучше использовать трубки с шириной 6 сантиметров и длиной 2 метра. Если они будут уже и короче, это увеличит расход энергии. Чтобы производство тепла было более эффективным, внутри должна быть специальная вставка — прямая или в виде буквы U.

Следует также учесть, что мощность, указанная производителем, является номинальной и рассчитывается при ярком солнце, находящемся в зените. Ранним утром и вечером она будет падать, а ночью должна использоваться энергия, накопленная за день. Поэтому важна и мощность всей системы, и количество тепла, которое она сохраняет. Особенно это существенно для моделей с водой в качестве теплоносителя.

Самостоятельное изготовление

Так как солнечный коллектор стоит немало, многие люди принимают решение изготовить его своими руками. Это вполне реально, но требует точного следования всем правилам. Наиболее прост в изготовлении прибор, работающий на воде.

Сначала нужно изготовить корпус устройства. Можно использовать один из материалов, который есть в наличии: дерево, чёрный или цветной металл. Деревянный каркас — самый бюджетный вариант. Размеры стоит подбирать исходя из запланированного места установки и назначения прибора.

Затем внутрь корпуса кладут утеплитель, а сверху него — медную трубку в форме змеевика. Для увеличения КПД под трубку можно положить слой фольги. Она повысит температуру внутри корпуса, а также понизит теплопотери в нижнюю сторону коллектора.

Снаружи аппарата кладётся защитное стекло, а все щели тщательно промазываются герметиком. После этого нужно установить патрубки для воды в местах входа и выхода труб. При помощи такого устройства можно легко сделать летний душ на даче либо подогревать воду в бассейне.

Использование солнечных коллекторов может стать одним из лучших решений в выборе системы отопления для частного дома. Потратиться нужно лишь на планирование и на установку самого устройства, а дальше уже природа предоставит энергию для отопления. Это позволит существенно снизить общие затраты на обслуживание здания, к тому же будет эффективно в любое время года.