В поисках большей энергетической автономии для своего дома стоит обратить внимание на солнечные коллекторы. Звезда, вокруг которой вращается Земля, излучает колоссальное количество энергии, которую можно и нужно использовать для своего блага. Частным домовладельцам проще всего делать это при помощи устройств отбора тепла, нагретых солнцем поверхностей. Такие устройства называются гелиоколлекторами, что дословно можно перевести как «собиратели солнца».
Чаще всего гелиоколлекторы устанавливаются на крышах, хотя это не единственный возможный способ установки. Их можно расположить также и на открытом незатененном участке во дворе.
Плоские солнечные коллекторы преимущественно используются для нагрева горячей воды для бытовых нужд. С функцией отопления они справляются не очень хорошо, поскольку у них довольно высокие теплопотери, что особенно ощущается в зимнее время, когда отопление необходимо больше всего. Плоские коллекторы делятся на три типа:
- с селективным покрытием;
- с черным лаковым покрытием;
- вакуумные.
Коллекторы с абсорбером в виде селективной оболочки подходят для подогрева воды для ГВС в теплое время года. Такие коллекторы можно встраивать в скатную кровлю или монтировать над ней. У таких коллекторов КПД лишь 25-35%, но учитывая их невысокую цену и бесплатную солнечную энергию, даже такой показатель делает селективные солярные установки рентабельными. Недостатком плоских коллекторов является, кроме значительных теплопотерь, еще и вероятность скопления конденсата за стеклом.
Вакуумные коллекторы обладают более высоким КПД, составляющем уже 35-45%. Это означает и то, что для получения того же количества теплоэнергии, потребуется меньшая площадь. Конденсат этим коллекторам не страшен. Не страша соответственно и коррозия. Однако стоимость таких установок дороже, чем с селективным покрытием. Цена является также и показателем надежности данных изделий. Если они собраны не достаточно тщательно, то со временем может произойти разгерметизация и как следствие – потеря вакуума. После этого КПД коллектора резко падает. Но установка ремонтопригодна. Для восстановления вакуума необходимо произвести герметизацию отсеков и откачку воздуха.
Коллекторы плоского типа с черным лаковым покрытием имеют наиболее высокие теплопотери. Они стоят дешевле других типов и предназначены в основном для нагрева воды в летнее время. Такие коллекторы часто используются на дачах.
Плоские коллекторы можно монтировать в плоскости с кровлей, над кровлей или на плоской крыше, предварительно установив специальную опорную конструкцию. При этом очень важно соблюдать рекомендации производителя. Рассмотрим ниже разные варианты установки.
Над кровлей коллекторы монтируются при помощи специальных профилей и кронштейнов. Крепление производится к несущим элементам конструкции крыши. Это могут быть стропила или бруски обрешетки. После установки кровельное покрытие остается герметичным.
Во избежание завоздушивания коллектора, его устанавливают с небольшим наклоном в противоположную сторону от подсоединений. Коллекторы соединяются с теплообменником посредством гофрированных труб из нержавейки. Эти трубы пропускаются через вентиляционные отверстия кровли.
Преимущества установки над кровлей:
- соединительный патрубок располагается над кровлей;
- легкость и дешевизна установки.
Недостатки: сравнительно высокие теплопотери.
В плоскость кровли коллекторы устанавливают прежде всего из эстетических соображений. Так они смотрятся более технологично и визуально не перегружают кровлю. Инсталляцию производят без нарушения несущих конструкций крыши. Коллектор в этом случае заменяет собой часть кровельного покрытия, а чтобы не нарушалась герметичность, в месте стыков используются специальные профилированные фартуки.
Преимущества установки кровельный скат:
- экономия кровельного материала;
- вид лучше, чем при установке над кровлей.
Недостатки:
- подходит только для скатов с наклоном 30-60°;
- сложность установки;
- необходимость тщательной герметизации стыков с кровлей.
На плоских кровлях коллекторы устанавливаются на опорную конструкцию, которая поддерживает их под необходимым углом. Нельзя укладывать коллекторы горизонтально, поскольку мы не на экваторе, а в наших широтах солнечные лучи падают под углом. Оптимальный угол наклона коллекторов составляет 45°. Но как раз вариант установки на плоской кровле позволяет выбрать максимально эффективный угол. Опорную конструкцию необходимо обязательно закрепить к кровле, чтобы ее вместе с коллектором не сдуло ветром. Однако можно просто уложить небольшие бетонные плиты, к которым и произвести крепеж. В таком случае необходимо удостовериться, что несущая способность плоской крыши выдержит эти плиты, а их вес адекватен парусности коллекторов.
Преимущества установки плоской крыше:
- произвольный выбор угла наклона коллекторов;
- невысокая стоимость монтажа;
- установка не связана с внедрением в конструкцию крыши.
Недостатки:
- может потребоваться согласование с архитектором по причине большой массы балласта;
- высокие теплопотери в сравнении с коллекторами, установленными на скатной крыше.
Угол наклона коллекторов
Наибольшая эффективность сбора солнечной энергии достигается при условии падения лучей под прямым углом по отношению к плоскости коллектора. На статично установленных коллекторах поддерживать такой угол на протяжении всего года не представляется возможным в виду явления небесной механики. Например, зимой для широт средней полосы максимально эффективный угол наклона составляет 60°, а летом – 30°. В идеале хорошо бы иметь коллектор, который, как подсолнух, подстраивался к положению светила, однако системы гелиопозиционирования стоят недешево и применяются только на солнечных энергетических станциях. В частной практике выбирают промежуточное значение, соответствующее 45°. Однако для коллекторов, используемых только в летний период, имеет смысл вбирать угол 30°.
Солнечные коллекторы круглогодичного использования необходимо ориентировать на юг или по возможности ближе к южному направлению. Летом отклонения от южной оси в пределах 0-45° (т.е. вплоть до западного или восточного направления) повлечет за собой потерю эффективности максимум на 10%. Для коллекторов, используемых зимой, отклонение от южного направления не должно превышать 35°. При больших отклонениях увеличение площади коллекторов не будет рентабельным.
Группа солнечных коллекторов должна быть ориентирована в одном направлении и установлена под одним и тем же углом. В противном случае придется регулировать поток теплоносителя отдельно для каждого коллектора.
Расчет площади гелиоколлектора
При выборе размеров коллектора учитываются его КПД, мощность солнечного излучения в конкретной местности, необходимое количество теплоэнергии, теплопотери оборудования. Расчет площади при наличии всех исходных данных производится по формуле:
А=К•F•SF/(G•ɳ),
где:
- А – расчетная площадь коллекторов, м²;
- К – корректирующий коэф. угла наклона и ориентации коллектора по сторонам света (табл.);
- G – среднедневное полное солнечное излучение, кВт•ч/(м²•день);
- ɳ – КПД коллектора, %;
- F – дневная потребность в теплоэнерги, кВт•ч/д;
- SF – доля солнечной энергии в общих потребностях, %.
Корректирующий коэффициент К для разных углов наклона коллектора
| Сторона света/ угол |
30° |
50° |
70° |
| Восток |
1,62 |
1,61 |
1,61 |
| Восток -- юго-восток |
1,45 |
1,47 |
1,61 |
| Юго-восток |
1,17 |
1,15 |
1,34 |
| Юг-юго-восток |
1,04 |
0,98 |
1,16 |
| Юг |
1 |
0,99 |
1,11 |
| Юг-- юго-запад |
1,03 |
0,97 |
1,13 |
| Юго-запад |
1,13 |
1,0 |
1,27 |
| Запад-- юго-запад |
1,35 |
1,35 |
1,6 |
| Запад |
1,61 |
1,61 |
1,61 |
| Все значения усреднены для широт 44-64° |
|
|
|
Автор текста: М. Тамилин
