Источникам солнечной энергии абсолютно незаслуженно уделяют мало внимания. Очевидно, что основная выгода от таких установок в их автономности, но есть исключения. В этой статье мы расскажем о солнечных коллекторах как о достаточно эффективном, а главное — рациональном источнике энергии для дома.
Какие коллекторы использовать
За исключением специальных разновидностей, коллекторы бывают двух типов: плоские и вакуумные. Принцип работы обоих сводится к нагреву от солнечного излучения (в котором 40–50% волн — тепловые) некой системы резервуаров, внешняя сторона которых имеет покрытие с высоким коэффициентом инфракрасного поглощения, а внутри циркулирует теплоноситель. Разница лишь в том, что в вакуумных коллекторах трубки нагреваются непосредственно в фокусе солнечного света и практически не отдают тепла за счет безвоздушной среды. В то же время в плоских коллекторах нагрев передается через поглощающую пластину, к тыльной стороне которой припаяны каналы (могут быть проложены внутри плиты поглотителя).
Собственно, именно о вакуумных коллекторах следует говорить в реалиях российской природы. Они значительно дороже плоских коллекторов, но и коэффициент полезного действия у них выше. К тому же в зимнее время плоские коллекторы практически неэффективны: холодный ветер охлаждает их быстрее, чем нагревает солнце. Отрасль применения таких устройств — южные широты с теплым климатом, дачные и летние домики, а также всевозможные туристические объекты.
Вне зависимости от типа нагрева, принцип устройства самого коллектора неизменен. Зачастую он соединяет тепловые трубки в общую емкость, где происходит конденсация жидкости, испаренной в процессе нагрева. Передача тепла таким образом происходит гораздо быстрее, но есть и более эффективные решения.
Сроки окупаемости
Стоимость среднего вакуумного коллектора колеблется от 600 до 1500 USD. В эту стоимость входит не только коллектор, но также накопительный бак рекомендуемого объема и материалы для соединения с домовой системой ГВС. А вот стоимость услуг по монтажу в общей сумме не учтена: слишком большой разбег цен по регионам и условиям на объекте.
Тем не менее, окупаемость конкретного экземпляра проверить легко. Возьмем для примера коллектор СВК-А-30 торговой марки ATMOSFERA стоимостью 1100–1200 USD. Вакуумных трубок в нем 30 штук, их общая максимальная мощность составляет 2,5 кВт/ч, за световой день коллектор принимает до 7,6 кВт тепловой энергии. Бак-аккумулятор в коллекторе отсутствует, но мы в праве условно считать, что стоимость его и сантехнической обвязки эквивалентна цене за электрический бойлер сопоставимой мощности.
Средняя суточная мощность коллектора — 5,5 кВт, этого достаточно чтобы нагреть 120–140 литров воды от 10 до 50 °С. Затратив такое же количество электроэнергии по тарифу 4,68 руб./кВт/ч, мы получим в среднем 25 рублей в сутки или около 10 тысяч рублей в год. Соответственно, срок окупаемости коллектора составит около восьми лет, что при гарантированном сроке службы в 25 лет совсем неплохо. К тому же есть некоторые способы повысить окупаемость. В общем случае, чем мощнее установка, тем скорее она себя полностью оправдает.
Примеры типовых сборок
Вариантов интеграции коллектора в домашнюю сантехнику не очень много. Вот несколько типовых решений по мере возрастания их сложности:
1. Просто коллектор. Подключается к системе ГВС как обычный водонагревательный прибор. Работает только в дневное время при естественном протоке. Регулируя напор, можно изменять температуру воды на выходе.
2. Коллектор + бак-аккумулятор. Таких решений очень много и они популярны, но дополнительная нагрузка в 100–200 кг на одну точку кровли ставит некоторые ограничения. Бак имеет хорошую теплоизоляцию и, как правило, не остывает за ночь.
3. Коллектор + бойлер косвенного нагрева (БКН). Применяется при невозможности установить тяжелый бак на крыше, но имеет и иные преимущества. В первую очередь — использование в первом контуре теплообмена не воды, а более энергоемкой эмульсии.
4. Коллектор + система циркуляции. Позволяет получать горячую воду сразу, как только открыт кран. Вода в системе циркулирует под давлением и имеет примерно одинаковую температуру в любой точке контура. Иногда емкость водопровода достаточно велика и вся начинка системы состоит из запорной арматуры, циркуляционного насоса и регулятора давления. В ряде случаев может рекомендоваться (либо требоваться) установка расширительного бака или внутреннего аккумулятора. Как правило, используются коллекторы без теплообменника.
5. Коллектор + тепловой насос. Очень серьезное и технологичное решения для снабжения всего дома теплом и горячей водой. За счет повышенного теплообмена при невысоких температурах система выжимает максимум из полученной энергии, нагревая воду на выходе до 80–95 °С в достаточно большом объеме, чтобы обогреть все здание. Понятно, что коллекторов для такой системы потребуется несколько, но результатом будет недорогой обогрев жилья в ближайшие 40–50 лет, плюс горячее водоснабжение.
Как видите, отличие между коллекторами в любой из этих систем — наличие/отсутствие встроенного бака. В остальном все они одинаковы: патрубки подачи и отвода воды, типовые соединения тепловых трубок с коллектором, одна из специальных систем крепления. Благодаря этому коллекторы легко и гармонично вписываются в уже функционирующие системы теплоснабжения, повышая экономию даже без полного перехода на зеленую энергию.
Включение в систему ГВС и отопления
Врезка в отопительный контур выполняется параллельно: вода от коллектора поступает в трубу подачи, забор ведется из обратки, при необходимости контур коллектора снабжается собственным циркуляционным насосом. Очень важно установить вентили в местах врезки, чтобы регулировать проток для получения нужной температуры.
В систему горячего водоснабжения врезаются двумя способами. В первом используется БКН или другой промежуточный теплообменник. В этом случае связать два контура несложно. Но если коллектор используется параллельно с другими водонагревателями, его располагают в последовательной схеме как можно ближе к точке забора холодной воды и используют как контур предварительного нагрева.
Подключение солнечного коллектора к системе отопления и ГВС: 1 — солнечный коллектор; 2 — насосная станция; 3 — расширительный бак; 4 — теплоаккумулятор; 5 — система отопления; 6 — подача холодной воды; 7 — забор горячей воды; 8 — котел (используется при необходимости)
Повышение рабочей температуры
Очевидный способ повысить температуру воды на выходе — снизить потери тепла при передаче ее от коллектора. Для этого трубы облачают в защитные чехлы из вспененного каучука или полипропилена, защищают места соединения, прокладку ведут только внутри здания.
Поскольку трубка коллектора нагревается в концентрированном пучке света, температура жидкости внутри может быть очень высокой (более 200 °С). Соответственно, если уменьшить проток нагреваемой воды, температура со временем увеличится. К сожалению, на сегодняшний день существует очень мало автоматизированных систем, поддерживающих температуру на нужном уровне. Как вариант используются устройства с компрессором и испарителем — небольшие тепловые насосы. В таком случае на выходе в ГВС или отопление температура воды будет придерживаться заданных значений за счет изменения мощности агрегата.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
