25.03.2023

ГВС на базе солнечных коллекторов и тепловых насосов

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «ГВС на базе солнечных коллекторов и тепловых насосов». Также Вы можете бесплатно проконсультироваться у юристов онлайн прямо на сайте.

Содержание

1. Где устанавливать гелиоколлекторы

2. Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

3. Обвязка и дополнительные устройства

4. Изготавливаем водяной коллектор

5. Способы использования солнечной энергии

6. Монтаж солнечного коллектора.

7. Системы горячего водоснабжения на основе солнечных коллекторов

8. Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору

9. Отличие солнечных батарей от коллекторов

10. Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

11. Выводы и полезное видео по теме

12. Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

13. Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления

14. Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна

Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.

Где устанавливать гелиоколлекторы

Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.

Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.

Требования к материалам для изготовления самодельного солнечного коллектора

Для изготовления каркаса солнечного коллектора для отопления своими руками применяется фанера, деревянный брус, плиты ОСП или другие подобные варианты. Как альтернативу можно использовать алюминиевый или стальной профиль со вставками из аналогичных материалов, что придаст конструкции прочность и надежность. Однако такой корпус будет иметь высокую стоимость.

Материалы должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к конструкциям, которые располагаются на открытом воздухе. Поскольку в среднем период эксплуатации солнечного коллектора составляет 20-30 лет, необходимо, чтобы материалы характеризовались высокими эксплуатационными характеристиками, которые будут оставаться неизменными на протяжении всего периода службы установки.

Древесина для корпуса должна обрабатываться водно-полимерными составами и покрываться лакокрасочными эмульсиями. Стальной профиль необходимо надежно защитить от коррозии.

Обвязка и дополнительные устройства

Наиболее интересная техническая задача при монтаже солнечного коллектора — взаимосвязать его с прочими сантехническими системами и обеспечить корректную работу, решив при этом ряд детских болезней гелиоустановки. Наиболее просто выполняется подключение при внешнем расположении аккумулятора: к его нижнему патрубку подводится холодная вода, от верхнего ведётся забор горячей, перемещение жидкости выполняется под рабочим давлением водопроводной системы.

Подключение внутреннего аккумулятора к манифольду коллектора выполняется двумя параллельными трубками, при этом в разрыв холодной устанавливается циркуляционный насос с мокрым ротором и специальной гидравлической схемой для гелиосистем. Паспортом насоса должна быть предусмотрена возможность работы в системах с пропиленгликолем.

Изготавливаем водяной коллектор

Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:

регион проживания и уровень инсоляции;
температура окружающей среды, особенно в зимний период;
площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
материал и покрытие змеевика;
температура теплоносителя на входе;
угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
скорость течения воды по трубам теплообменника.

Способы использования солнечной энергии

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Монтаж солнечного коллектора.

Правильно подобранный и грамотно смонтированный вакуумный солнечный коллектор с выносным баком способен обеспечить вашу семью горячей водой в полном объеме не только в летний период, но также осенью и весной.
Количество нагревательных элементов (тепловых трубок) в таких системах пропорционально объему накопительного бака и при условии правильного монтажа вода в накопителе будет нагреваться в полном объеме за солнечный день. Потому для правильного подбора такого водонагревателя достаточно всего-навсего определиться с суточным объемом потребления семьей горячей воды.

Если фактический расход трудно определить — можно воспользоваться нормами. Согласно СНиП суточный расход горячей воды на человека колеблется в пределах от 50 до 100 литров, что зависит от благоустройства жилища. При этом температура горячей воды составляет 55–60°С.

Системы горячего водоснабжения на основе солнечных коллекторов

По расчетам ученых солнечная энергия поступающая на землю, в год в 30 000 раз превышает энергопотребление всего населения планеты за год и намного больше всех запасов не возабновляеммых источников энергии на планете (нефть, газ, уголь и. т. д.)

Даже на севере нашей страны количество солнечной инсоляции составляет 550-1200 квт/ч на 1м2 поверхности земли в год. На юге нашей страны плотность солнечной инсоляции составляет 1400-1600 квт/ч на 1м2 в год.

Конечно человечество на протяжении тысяч лет использовало энергию Солнца и для нагрева воды в том числе, но эффективность этих действий была очень низкой. Но с развитием технологий эффективность использования солнечной энергии существенно возросла.

Сегодня использование энергии солнца для горячего водоснабжения и отопления -это не миф, а самая настоящая реальность. Купить солнечный водонагреватель (коллектор) сегодня может абсолютно любой и влюбое удобное время.
Современные системы, которые применяют солнечные коллекторы, дают возможность по разумной стоимости, справиться с решением следующих проблем:

Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
Осуществить подогрев бассейна.
Осуществить подогрев теплиц.
Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.

Повышаем эффективность работы солнечного коллектора в холодную пору

Использование простой системы для отопления и горячего водоснабжения в зимнее время возможно, если в качестве теплоносителя применяется антифриз, а бак-накопитель дополнен вспомогательным обогревательным элементом (например, ТЭНом). При использовании антифриза изменяется конструкция бака – в него монтируется змеевик (чаще всего медный), благодаря которому происходит циркуляции теплоносителя в баке. Хорошая проводимость металла позволяет отдавать тепло антифриза воде в баке.

В конструкцию рекомендуется включить циркуляционный насос и расширительный бак. Иногда для разделения воды, которая используется для отопления (техническая) и личного использования (питьевая) в бак монтируют внутренний резервуар. Он располагается в верхней части бака (где собирается горячая вода) и подключен к системе водоснабжения (с помощью вентиля забирается горячая вода, а резервуар заполняется холодной жидкостью). При этом система отопления подключена к основному баку.

Отличие солнечных батарей от коллекторов

Прежде чем продолжить описание основных характеристик и сферы применения гелиосистем для нагрева воды, нужно разобраться, чем отличаются солнечные батареи от коллекторов.

1) Солнечная батарея — устройство, которое генерирует электричество из энергии Солнца при помощи высокочувствительных фотоэлементов, объединенных в единую автономную систему. Поскольку фотоэлектрические преобразователи производят постоянный ток, дополнительно используется инвертор, который позволяет получить переменный ток, пригодный для бытовых нужд: электроснабжения и освещения.

2) Солнечный коллектор — функциональная сплит-система, главной задачей которой является поглощение ближнего инфракрасного излучения и видимого солнечного света. Батареи генерируют ток, а коллекторы нагревают жидкость внутри трубок. В этом их главное отличие.

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

плоские водонагреватели;
вакуумные термосифонные устройства;
гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Выводы и полезное видео по теме

Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:

Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.

Тем не менее, самодельная солнечная система отопления существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается традиционными источниками.

Имеете опыт в сооружении солнечного коллектора? Или остались вопросы по изложенному материалу? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Оставлять можно в форме, расположенной ниже.

Солнечный коллектор, описание, как выбрать, схемы подключения

Оптимально устанавливать солнечный коллектор на крыше, тогда он не занимает место на участке. Но доступ для обслуживания должен быть обеспечен – необходим лаз, лестницы. Конструкция крыши и дома, должны выдерживать тяжелый коллектор, в том числе и возможные ветровые нагрузки.

Поверхность прибора должна быть перпендикулярной солнечным лучам. Тогда будет максимум энергии. Чаще выбирают определенный угол, который позволяет получать наибольшее среднесуточное количество энергии. Это направление на юг с возможным разбросом в 15 градусов в каждую сторону.

Предусматривается возможность регулировки наклона по сезону – меняется угол наклона вслед за солнцем.

Угол наклона равняется примерно географической широте местности. Зимой угол увеличивают на 15 градусов. Летом наоборот уменьшают на 15 градусов.

Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
Осуществить подогрев бассейна.
Осуществить подогрев теплиц.
Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.

Прежде чем браться за изготовление самодельной гелиосистемы, стоит изучить устройство солнечных коллекторов заводского изготовления – воздушных и водяных. Первые используются для прямого отопления помещений, вторые применяются в качестве нагревателей воды либо незамерзающего теплоносителя — антифриза.

Справка. Воздушные установки не слишком популярны из-за ограниченной функциональности. Водонагревательные гелиоколлекторы более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС, поднимать температуру в открытых бассейнах.

Установка подогрева воздуха делается аналогичным образом, только теплообменник выполняется из труб большего диаметра, а нагнетание обеспечивает вентилятор. Приемник излучения умельцы изготавливают из таких материалов:

алюминиевая гофра для вентиляции;
пластиковые бутылки, вставленные одна в другую;
пивные банки с вырезанным дном.

Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления

Гелиоколлектор – это функциональная конструкция, используемая для получения энергии. Ее фоточувствительные элементы поглощают свет для нагрева жидкости или воздуха внутри трубок.

Принцип работы солнечного коллектора (СК): лучи солнца нагревают пластины черного цвета, и энергия аккумулируется для бытовых нужд. Способ ее получения – экологически чистый и экономичный.

Выделяют следующие виды бытовых коллекторов:

плоские;
вакуумные;
воздушные.

Расскажем подробнее о каждом из этих типов ниже.

Популярные и бюджетные по расценкам устройства. Состоят из плоскостной светочувствительной пластины, соединенной с теплопроводящими трубами, стеклянного покрытия, теплоизоляции и металлической рамы. Пластина поглощает солнечный свет и аккумулирует тепловую энергию, которая нагревает жидкость-теплоноситель. В отличие от других типов, теряют много поглощенного тепла. Неэффективны в пасмурную погоду. Повышенная влажность плохо сказывается на конструктивных деталях.

Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.

Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.

Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.

Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.

Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:

Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.

Установка солнечных коллекторов осуществляется под открытым небом. Следовательно, сама конструкция, трубопроводная система и все вспомогательные крепления со временем подвергаются разрушающему воздействию окружающей среды. На них могут появиться коррозии и деформации. Поэтому для установки используют только нержавеющие материалы.

Для монтажа солнечного коллектора используют следующие вспомогательные инструменты:

кран или подъемник;
строительные леса;
кровельная лестница;
страховочное оборудование – жилет, трос и т. д.;
строительный уровень;
вакуумный захват;
изоляционный материал для труб.

От качества установки зависит надежность, эффективность и долговечность оборудования.

При установке солнечного водонагревателя или системы отопления к устройству обязательно подключают накопительный бак. Он нужен из-за непропорционального расхода энергии и распределения генерируемого тепла. Со временем бак заполняется водой, которой владельцы системы используют по своему усмотрению.

Рекомендуется устанавливать стандартный бойлер или буферную емкость. Рационально построенная конструкция представляет собой соединение коллектора с теплопроводником, который сообщается с бойлером.

В комплект поставки солнечного коллектора входит:

Накопительный бак.
Рама для установки (в разобранном виде).
Тепловые трубки.
Вакуумные трубки.
Алюминиевые теплопроводные листы.
Фиксирующие чашки.
Обратный клапан со сбросом избыточного давления.
Автоматический воздухоотводчик.
Различные уплотнители и экраны.
Крепежные детали (болты, гайки).
Электрический ТЭН.
Защитный термостат.
Датчик температуры.
Монтажный блок.
Контроллер.
Комплект проводов.

Для максимально эффективной работы солнечного водонагревателя необходимо правильно сориентировать его относительно сторон света. Для северного полушария оптимальной является ориентация плоскости коллектора на юг. Чем меньше отклонение — тем лучше. При невозможности сориентировать коллектор на юг, следует выбирать между западом и востоком.

Угол наклона солнечного коллектора относительно плоскости земли должен находиться в пределах от 45 до 55°. Однако для водонагревателя с выносным баком он заранее учтен в конструкции рамы. Достаточно будет установить опоры рамы в горизонтальной плоскости, либо с незначительным уклоном.

При монтаже также необходимо учесть отсутствие затенения вакуумных трубок водонагревателя дымоходами, деталями кровли, деревьями и т. д.

Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна

Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.

Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.

Одна из самых сложных задач при монтаже коллектора — соединить его с внутренней сантехникой. Трубопровод должен не только быть устойчивым к перепадам температур, но также иметь качественное утепление. Самым оптимальным вариантом для этих целей считаются трубы PEX с системой надвижных фитингов, которые применяются в системах горячего водоснабжения.

Нередко в качестве альтернативы солнечному коллектору рассматриваются плоские солнечные панели (солнечные батареи), которые также обычно устанавливаются на крыше частного дома. Каждое из этих устройств преобразования энергии солнца имеет свои преимущества и недостатки, а принцип их работы в корне различен. Коллектор просто нагревает теплоноситель внутри замкнутого контура из труб за счёт непосредственного нагрева своей поверхности. В дальнейшем можно использовать только тепловую энергию нагретой жидкости, что ограничивает сферу применения данной системы.

Солнечные панели устроены более сложно, они состоят из кремниевых пластин, которые специальным образом преобразуют световой поток, идущий от солнца, в электрическую энергию. Эта энергия запасается в аккумуляторных батареях и может быть использована для широкого спектра потребностей. На первый взгляд, использование солнечных батарей более оправдано, но на практике, для целей нагрева воды, применение коллекторов показывает в среднем в 6-8 раз большую эффективность.

Во-первых, солнечные панели в связи со сложностью изготовления обходятся вдвое дороже. КПД батарей в 4 раза ниже, поэтому для получения одинакового количества тепла, площадь панелей должна быть в 4 раза большей, в сравнении с площадью коллекторов. Эти два фактора делают кремниевые батареи достаточно редким решением. Если учитывать относительно низкую интенсивность поступления солнечного света на большей части территории Украины, площади крыши частного дома может оказаться просто недостаточно даже для обеспечения минимальных нужд системы горячего водоснабжения (ГВС).