Вакуумний сонячний колектор – пристрій, принцип роботи, різновиди, плюси та мінуси, правила вибору та розміщення
З настанням холодного періоду року кожен власник приватного будинку мимоволі замислюється над тим, як підвищити ефективність опалення і при цьому заощадити на витратах. На вихід у цій ситуації приходять сучасні технології, що використовують енергію сонячного світла для вироблення тепла. Розберемо, що являє собою вакуумний сонячний колектор, який його пристрій, принцип роботи та сфера застосування, які плюси і мінуси має, які різновиди приладу існують, а також які критерії його вибору та правила розміщення.
Сонячний колектор – що це таке, пристрій, принцип роботи
Кліматичне обладнання, яке безпосередньо перетворює енергію сонячного світла в тепло, в технічній термінології називається сонячним колектором. Прилад не виробляє електрику, як класична сонячна батарея, а лише збирає, концентрує та передає тепло в систему опалення. Як теплоносій виступає вода, незамерзаюча рідина чи повітря.
За конструкційними ознаками та пов'язаним з ними принципом дії сонячні колектори, що застосовуються для опалення будинку, у тому числі в зимовий час, поділяються на 3 основні види – плоскі, вакуумні та повітряні. Структурно прилад являє собою набір послідовно з'єднаних трубок у формі змійовика, пов'язаних з подачею та зворотною магістраллю. Усередині них циркулює теплоносій – вода, антифриз чи повітря.
Будь-яка модель вакуумного колектора містить у складі наступний набір основних вузлів:
- Зовнішня прозора труба без повітря.
- Внутрішня мала трубка, усередині якої циркулює теплоносій.
- Збірник-розподільник з великими під'єднаними трубами, всередині яких знаходяться трубки меншого діаметру.
Схематично така конструкція є аналогом прозорого термоса із максимальною теплоізоляцією. Завдяки цьому малі трубки добре прогріваються і передають тепло циркулюючого всередині них теплоносія.
Принцип дії колектора заснований на природних законах зміни властивостей речовин під температурним впливом - рушійною силою, що змушує теплоносій циркулювати всередині системи трубок, є такі природні процеси, як зміна густини речовини, конвекція, стиснення-розширення та ін.
При цьому для посилення інтенсивності поглинання теплової енергії від сонця застосовуються спеціальні адсорбенти, наприклад металеві пластини із зачорненим покриттям. І навпаки, для максимального проходу сонячного світла верхня частина установки виготовляється із матеріалу з високими світлопропускними здібностями.
Застосування
Встановлення сонячного колектора для забезпечення потреб приватного будинку дозволяє вирішити не лише проблеми опалення, а й додатковий ряд питань:
- Виробництво побутової гарячої води – для душу, ванни, прання, збирання, миття посуду.
- Підтримка експлуатаційних норм басейну.
- Обігрів парників, теплиць, оранжерей.
- Створення альтернативної чергової системи опалення на випадок діючої аварії.
- Оптимізація, зниження витрат за роботу традиційної системи обігріву.
- Приготування гарячої технічної води.
Зверніть увагу ! Ефективність сонячного колектора настільки висока, що його можна використовувати для опалення будинку навіть узимку – але за умови, що буде встановлена модель вакуумного типу. Пояснюється це насамперед конструкційними особливостями обладнання та специфікою їхньої роботи в умовах холоду. На відміну від плоских аналогів його трубки не засипаються снігом, міцності матеріалу вистачає, щоб витримати навіть великий град, а пристрій за принципом термоса дозволяє довести воду всередині до кипіння при сильному морозі зовні.
Плюси і мінуси
Залежно від того, яку конструкцію має сонячно-колекторне обладнання, система опалення має певний ряд плюсів і мінусів. Так, переваги плоских різновидів виявляються в наступному:
- Найбільш вигідне співвідношення «ціни обладнання – виробництва тепла» для регіонів із помірним кліматом.
- Повна автономність опалення та виробництва гарячої води.
- Максимальний ККД у період найвищої сонячної активності порівняно із сонячними батареями та вітрогенераторами.
- Незалежність від стандартних енергоресурсів та сталого зростання цін на них.
- Середній термін окупності – 3-5 років.
- Термін служби – не менше ніж 30 років.
- Функція самоочищення від снігу, граду.
- Легке підключення до системи опалення.
- Абсолютна нешкідливість для довкілля.
Плоский сонячний колектор, що застосовується для нагрівання теплоносія системи опалення, не позбавлений деяких недоліків:
- Висока вартість обладнання, необхідність витрат на встановлення та впровадження в систему опалення.
- Наявність вітрильних характеристик приладу, що уможливлює пошкодження при сильному вітрі.
- Низький ККД за похмурої погоди, а також у період холодів.
- Великі теплові втрати через недосконалість пристрою конструкції.
Вакуумні різновиди відрізняються від плоских на краще з точки зору продуктивності, а також через такі позитивні особливості:
- Широкий діапазон робочої температури, зокрема в мороз до -30-500С.
- Мінімальні параметри парусності та ймовірність пошкодження вітром.
- Розширені продуктивні можливості через здатність поглинати випромінювання невидимої частини діапазону сонячного світла.
- Незначні теплові втрати із корпусу.
- Висока надійність експлуатації.
- Ремонтопридатність - при несправності потрібно замінити один або кілька робочих елементів, а не всю конструкцію.
- Можливість розігріву теплоносія до 3000С.
- Нечутливість конструкції до атмосферних опадів.
Негативні властивості вакуумних моделей пов'язані насамперед із високою вартістю обладнання та суворими вимогами щодо монтажу.
Важливо! Ефективність сонячних колекторів залежить далеко не лише від погоди, але також умов встановлення, рельєфу ландшафту та тривалості сонячного сяйва. Всі ці фактори значною мірою впливають і на час окупності.
різновиди
Сучасні сонячні колектори бувають водяними та повітряними. У перших як теплоносій використовується вода, антифриз або інша рідина з відповідними властивостями. Циркулюючи внутрішніми трубками, вона передає тепло теплообмінник системи опалення. Усередині повітряної модифікації аналогічним чином нагрівається потік повітря, який потім надходить потреби обігріву.
За особливостями конструкції прилади розрізняються на 2 основних типи:
- Плоскі. Мають форму невисокої витягнутої коробки, нижня частина якої викладена теплоізоляційним шаром, а верх закритий світлопроникною оболонкою, як правило, міцним склом. Усередині знаходиться матеріал, що добре поглинає тепло, в масу якого впроваджені трубки з циркулюючим теплоносієм. Пристрої характеризуються низькою собівартістю.
- Вакуумні. Є набір окремих трубок-термосів, усередині яких розташовується наповнювач теплопоглинання і трубки з теплоносієм. Прилади відрізняються великою робочою поверхнею та максимальною продуктивністю.
За температурою теплоносія та відповідною сферою застосування обладнання підрозділяється на 3 різновиди:
- Низькотемпературні. Нагрів теплоносія до 50-600С. Знаходять застосування для розігріву води для душу, басейну, зрошення рослин, а також опалення навесні або восени.
- Середньотемпературні. Нагрівають теплоносій до 80-900С. До цього сегменту належить більшість саморобних сонячних колекторів на базі ПНД-труб та інших доступних матеріалів. Використовуються для опалення будинків.
- Високотемпературні. Температура теплоносія сягає 3000С. Основна сфера застосування – промислове обігрів великих площ та територій ангарів, цехів, торгових центрів та ін.
За способом застосування геліоустановки класифікуються на 2 категорії:
- Пасивні. Використовується без додаткового обладнання. Приєднуються до бойлера непрямого нагріву для побутової гарячої води.
- Активні. Система працює за участю супутніх приладів – циркуляційного насоса, клапанів, накопичувального бака, додаткових нагрівачів та ін. Використовується для опалення та нагрівання води.
За схемою передачі теплової енергії колектори поділяються на 2 типи:
- Непрямі. У схемі задіюється акумуляторний резервуар, у якому тепло від зовнішнього контуру передається внутрішньому.
- Прямі. Тепло від установки безпосередньо передається приймачеві.
Рекомендація! Для підтримки ефективності роботи в морози система опалення на сонячному колекторі поєднується з додатковим джерелом енергії. Для цього в бак-акумулятор впроваджується ТЕН, а характеристики його роботи контролюється автоматика на базі терморегулятора.
Критерії вибору
При виборі сонячного теплового колектора необхідно звернути увагу на наступний ряд критеріїв:
- Моделі плоского типу відрізняються максимальною міцністю, проте при поломці вимагають повної заміни, що мають на увазі максимальні фінансові витрати.
- Вакуумні екземпляри більш ефективні для зими, тому що сильніше розігрівають теплоносій, але відрізняються крихкістю трубок. Однак при поломці дають можливість міняти окремі елементи.
Корисне відео
- Повітряні модифікації завдяки простоті пристрою служать довше і не вимагають особливого обслуговування. Головний їх недолік - недостатнє вироблення тепла в холодну пору року.
- Кількість тепла, що виробляється вакуумним приладом, безпосередньо залежить від розміру трубок. Оптимальними вважаються моделі з кількома трубками, довжиною не менше ніж 2 м і діаметром від 6 см.
- Показник потужності обладнання характеризує кількість тепла, що виробляється, що виражається в кВт, за умови розташування сонця в зеніті і повної безхмарності.
На замітку! Сонячний колектор ефективно працює лише вдень. Для підтримки тепла в приміщенні вночі обов'язково потрібне встановлення теплового акумулятора. Вдень він накопичуватиме тепло, а вночі віддаватиме.
Правила розміщення
Для того, щоб сонячний колектор ефективно забезпечував будинок теплом, у тому числі взимку, необхідно при його розміщенні врахувати наступні правила:
- Робоча поверхня приладу має бути звернена на південну частину небосхилу, і не відхилятися більш ніж на 30 град.
Корисне відео
- На світлопоглинаючу панель не повинна падати тінь від ряду розташованих об'єктів – будинків, дерев, труб, огорожі та ін.
- При розміщенні приладу на даху будинку потрібно заздалегідь спроектувати для нього кріплення.
- Щоб уникнути скупчення опадів на робочій поверхні, прилад необхідно встановити якомога ближче до вертикальної площини, але з мінімальною шкодою для уловлювання сонячного світла.
- Для оптимальної роботи протягом усього року прилад потрібно встановити на південну сторону з кутом, що дорівнює географічній широті місцевості.
Довідка! Створити абсолютно автономну систему опалення на базі геліо-колектора не вдасться. Так як для забезпечення максимальної ефективності знадобиться оснащення схеми циркуляційним насосом, автоматикою та іншим обладнанням, що працює на електриці. Проте суттєво знизити витрату основного енергоресурсу – газу, електроструму, вугілля – з його допомогою цілком посильне завдання.
Корисне відео
Висновок
Сонячний колектор є кліматичним приладом для збору та передачі тепла сонячної енергії теплоносію системи опалення. Прилади такого типу бувають рідинними та повітряними, плоскими та вакуумними. Загальна схема їх роботи зводиться до того, що теплоносій, розташований у внутрішніх трубках, нагрівається теплом сонячного світла, потім поступає в теплообмінник і передає енергію на опалення або гаряче водопостачання.
Тепловий колектор може застосовуватися для різних цілей – нагрівання води для побутових потреб, обігріву будинку, теплиць та підсобних приміщень, підтримки теплового режиму резервуарів, створення альтернативної системи опалення, зниження витрат основної системи обігріву. Плюси обладнання – вигідне виробництво тепла, незалежність від зовнішніх джерел енергії, великий ККД, швидка окупність, довговічність, морози, нешкідливість. Недоліки - висока вартість обладнання та монтажу, можливість пошкодження вітром, ймовірність тепловтрат.
Сонячні колектори класифікуються за низкою ознак:
- Конструкції – пласкі, вакуумні.
- Рівнем нагрівання теплоносія – низько-, середньо- та високотемпературні.
- Спосіб застосування – активні та пасивні.
- Схемі теплопередачі – прямі та непрямі.
Вибирати та встановлювати обладнання необхідно, виходячи зі спеціальних правил, рекомендацій та конкретних умов застосування.
