Солнечные батареи и коллекторы: теория, области применения, рабочие самоделки

Усложнение или оптимизация?

Фотоэлектрические тепловые солнечные коллекторы(ФТСК) сочетают в себе использование световой и тепловой энергии Солнца в одном комплекте, то есть они производят солнечное электричество, а также солнечное тепло. Фундаментальную идею этой формы комбинированного сбора альтернативной энергии можно проиллюстрировать оптическим свойством типичного фотоэлектрического элемента из кристаллического кремния.

Примерно 10% солнечного излучения на кристаллическом фотоэлементе отражается и не может быть усвоена.

Около 17% из оставшихся 90% солнечного света, которые поглощаются ячейкой, может быть преобразована в электроэнергию.

73% идёт на нагрев поверхности.

В обычной солнечной панели, тепловая мощность остается неиспользованной. Она повышает температуру ячейки, а это отрицательно влияет на эффективность модуля. В стандартных кремниевых солнечных элементах увеличение температуры ячейки приводит к снижению напряжения разомкнутой цепи и менее выраженному увеличению тока короткого замыкания.

Это приводит к снижению КПД выработки электроэнергии. Производительность солнечных панелей в зависимости от температуры снижается в пределах – 0,37%/°C и — 0,52%/°C для кристаллических кремниевых модулей и между -0,25%/°C и — 0,29%/°C для высокоэффективных модулей.

Основная идея фотоэлектрических коллекторов заключается в использовании солнечного тепла, вырабатываемого в фотоэлементах.

Простейший вариант решения этой задачи состоит в том, чтобы ячейки фотоэлементов крепились на теплоотводящие трубки. Вместо того, чтобы тепло выделялось в окружающую среду, оно может быть затем передано в теплоаккумулятор или водонагревательный котёл.

Такие системы усваивают 80-85% солнечной энергии, и снижая температуру модуля, повышают его КПД.

Преимущества фотоэлектрического коллектора:

• Тепло, генерируемое в фотоэлементах, становится полезным;
• Теплоотвод повышает электрическую эффективность фотоэлементов;
• Производство солнечной электроэнергии и тепла с одной и той же поверхности;
• Высокая поверхностно-специфическая эффективность.

Путем извлечения тепла, производимого в ячейке, увеличивается выход электроэнергии, таким образом, проявляется неспецифический эффекта синергии.

Солнечные коллекторы для отопления дома: разновидности установок

По конструктивному исполнению солнечные коллекторы могут быть плоскими или вакуумными. Последний вариант является более распространенным типом, который характеризуется простотой монтажа, высокой эффективностью, способностью обеспечить необходимым количеством тепла весь дом. Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома, цена которого превышает стоимость плоского изделия, представлен сложной конструкцией, которую можно использовать для полноценного обогрева помещения и нагрева воды в любой сезон года.

По типу конструкции солнечные коллекторы бывают вакуумными и плоскими

Существует особый тип установки, который называется коллектор-концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, которые располагаются на одной криволинейной поверхности, где концентрируется в определенных точках солнечный свет. Для получения максимального эффекта необходимо изменять вслед за движением солнца положение устройства, которое может находиться в двух плоскостях.

В зависимости от теплоносителя различают жидкостные и воздушные конструкции. В первом случае используется дистиллированная вода или антифриз, а во втором – нагретый воздух.

По варианту применения теплоносителя различают пассивные и активные системы. В первом варианте солнечный коллектор используется совместно с баком накопителем. Такая система приемлема для горячего водоснабжения и не комплектуется дополнительными инженерными элементами. Активный вариант предполагает установку солнечного коллектора и других технических устройств, таких как насос, бак-накопитель, защитные клапаны, дополнительные приборы нагрева теплоносителя. Такая система может применяться и для горячего водоснабжения, и для отопления дома.

По виду использования коллекторы могут быть пассивными и активными

Способ передачи тепла может быть косвенным или прямым. Первый вариант предполагает наличие аккумулирующего бака, в котором выполняется передача тепловой энергии, полученной наружным контуром от солнечного излучения, внутреннему контуру, циркулирующему в системах отопления и ГВС. В прямоточных системах, которые применяются для горячего водоснабжения, циркуляция воды в контуре коллектора происходит под воздействием разности температур и благодаря наличию дополнительных элементов в виде клапанов и кранов.

Классификация солнечных коллекторов для отопления по температуре нагрева теплоносителя

Воздушные или водяные солнечные коллекторы для отопления дома можно классифицировать по степени нагревания его рабочих органов и теплоносителя. В зависимости от этого критерия различают низко-, средне- и высокотемпературные установки. Низкотемпературные варианты способны обеспечить нагрев теплоносителя до 50 °С. Такие тепловые коллекторы используются для подогревания воды в душевых летом, в емкостях для полива, для создания комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.

Среднетемпературные системы обеспечивают нагрев теплоносителя до 80 °С. Такие установки употребляются для обогрева помещений, для бассейнов. Солнечные коллекторы данной категории наиболее целесообразно устанавливать при обустройстве частного дома. Высокотемпературные системы способны нагреть теплоноситель до температуры 250-300 °С. Такие устройства рекомендуется использовать в промышленных масштабах. Их применяют для обогрева коммерческих зданий, производственных цехов и других технологических помещений.

Высокотемпературные системы предполагают сложный процесс преобразования и передачи тепловой энергии. Конструкции имеют внушительные габариты, требующие много свободного пространства для их монтажа. Процесс изготовления системы является весьма трудоемким и затратным, что связано с использованием специализированного оборудования. Самостоятельно выполнить такой вариант не удастся.

По температуре нагрева коллекторы классифицируются на низко-, средне- и высокотемпературные

Коллектор Станилова: «солнечное отопление» в доме

Установки для отопления дома или решения проблем горячего водоснабжения (полного или частичного), собираемые на основе чертежей изобретателя из Болгарии С. Станилова, относятся к универсальным конструкциям, работа которых основана на парниковом эффекте.

Поэтому солнечные лучи, попадая в замкнутое и герметично изолированное пространство, не имеют выхода, что и порождает термосифонный эффект, при котором нагретая жидкость в трубках начинает свое движение вверх, вытесняя при этом жидкость с более низкой температурой к месту нагрева.

Основным преимуществом работы такой установки является то, что накопленная ей энергия не теряется, а аккумулируется и сохраняется определенное время.

Представляет собой конструкцию трубчатого типа, заключенную в специальную деревянную раму. Как правило, одновременно применяется два коллектора в союзе с накопителем и аванкамерой.

Для изготовления радиатора-коллектора используются стальные трубки, которые обязательно соединяются сваркой. Поэтому применение медных или алюминиевых изделий, особенно при изготовлении конструкции своими руками, представляется проблематичным.

Для соединения коллектора с накопительной емкостью рекомендуется использовать также стальные трубы диаметром от 3/4 до 1 дюйма.

Элементы установки и особенности монтажа

Для изготовления солнечного водонагревателя своими руками также потребуются:

1. деревянная рама;
2. стекло для изготовления светопрозрачной крышки;
3. оргалит или металлический лист для дна коллектора, который впоследствии обязательно потребуется теплоизолировать;
4. усилитель для днища, в роли которого можно использовать брус с размерами не более 30?50 мм;
5. металлические трубки, из которых будет свариваться радиатор коллектора из расчета, что для изготовления одного требуется в среднем 15 единиц при длине 1,60 м;
6. теплоотражатель, для изготовления которого вполне пригоден оцинкованный лист;
7. соединительные муфты и хомуты;
8. теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата и любые другие).

Потребуется и накопительный бак, для которого в зависимости от потребностей и мощности самого коллектора используются емкости от 150 до 400 л. В принципе, можно установить не один бак, а несколько, суммарным объемом соответствующих расчетному.

Обязательно емкости следует теплоизолировать, например, изготовив для них специальный утепленный короб, установить который можно не только на крыше здания, но и на чердаке.

Функции аванкамеры, составного элемента данной конструкции, сводятся к созданию избыточного давления, составляющего не менее 80-100 мм рт. ст. Она представляет собой емкость объемом 30-40 л, оснащенную поплавковым клапаном, обеспечивающим ее работу в автономном режиме.

При монтаже аванкамеры обязательно должно соблюдаться условие, при котором уровень жидкости в ней превышал бы уровень воды в накопителе на 0,8-1,1 м, кроме того, располагаться они должны в непосредственной близости друг от друга.

Короб, в котором будет располагаться коллектор, должен обязательно теплоизолироваться, а для уменьшения теплопотерь внешние его стороны рекомендуется окрашивать в белый цвет, стеклянная крышка обязательно должна быть герметичной.

Сами трубы и днище должны иметь селективный слой краски для увеличения светопоглощающей способности.

Как работает солнечный коллектор?

Установку коллектора предпочтительнее выполнять на южной стороне скатной крыши, на плоской кровле его следует монтировать под углом от 35° до 45°. Далее можно приступать к заполнению системы.

После этого аванкамеру нужно соединить с водопроводным вводом и открыть кран для снижения уровня воды. Как только сработает поплавковый клапан, расходный кран закрывают. Нагретая вода поступает в верхнюю часть накопителя, откуда она уже может отбираться, а ее место заполняет новая порция холодной.

Регулирует этот процесс поплавок, который и запускает процесс долива воды в систему, как только уровень в аванкамере снизится. Для того чтобы исключить возможность обратной отдачи тепла используется вентиль, который следует перекрывать ночью или в пасмурные дни.

Непосредственно к сантехническим приборам вода подключается с обязательным использованием смесителей, так как пиковые значения температур могут достигать 70 °C и даже выше.

Характеристика вакуумного солнечного коллектора для отопления дома зимой

Вакуумный солнечный коллектор является довольно сложным устройством. Главный рабочий элемент представлен дорогостоящей светопоглощающей колбой с прозрачной поверхностью, в которой располагается трубка. В основу работы положен принцип термоса. Вакуумная колба пропускает солнечный свет во внутреннюю трубку, где отсутствует воздух, что позволяет сохранить до 95% тепла.

Нижнюю часть внутренней вакуумной трубки для солнечного коллектора занимает антифриз, который переходит в газообразное состояние при нагревании. В верхней ее части выполняется передача тепла коллектору с теплоносителем. Антифриз при этом охлаждается и конденсирует, возвращаясь в первоначальное состояние.

Вакуумный солнечный коллектор – сложное устройство, поэтому стоит он довольно дорого

Вакуумный солнечный коллектор характеризуется высоким значением КПД при плохой освещенности и температуре ниже -37 °С. Он был специально разработан для северных широт и может функционировать при отсутствии прямого солнечного излучения. Для эффективной работы конструкция нуждается в постоянном уходе, который заключается в очищении ее поверхности от загрязнения.

Главным недостатком является высокая стоимость конструкции. При выходе из строя хотя бы одной трубки ремонт будет проблематичным, поскольку все изделия смонтированы последовательно.

Самодельный солнечный коллектор

При наличии инструментов и знаний можно сделать такую самостоятельно. Перед тем, как сделать солнечный коллектор своими руками нужно подготовить материалы для корпуса – деревянные бруски с досками, фанерой OSB плитами и т. п.

Далее нужно изготовить теплоприемник. Это трубчатая система, в которой нагревается теплоноситель. Лучше всего изготавливать систему из медных труб.

Самый простой вариант – изготовить спиралевидный теплообменник из полипропиленовой трубы. Но, у меди значительно выше теплопроводность.

Накопительным баком может выступать любая емкость на 20-40 литров или иного объема, исходя из конкретных потребностей. Можно взять несколько емкостей, которые соединить трубами.

Крайне желательно утеплить бак, чтобы система не отдавала тепло обратно в атмосферу.

Разместить накопительный бак нужно на максимально высокой точке. Далее монтируется непосредственно коллектор (теплообменник). Его нужно расположить в таком месте, где на него будет максимально длительно воздействовать солнце.

В идеале – это южная сторона. Он должен быть наклонен относительно горизонта на 35-45°. Далее производится обвязка трубами, чтобы объединить все составляющие в полноценную систему.

Фото солнечных коллекторов

Также рекомендуем просмотреть:

• Котлы длительного горения
• Буржуйка своими руками
• Установка полотенцесушителя
• Как прочистить дымоход
• Теплоаккумулятор для отопления
• Подогрев водопровода от замерзания
• Дымоходы для газовых котлов
• Отопление частного дома
• Печь своими руками
• Ливневая канализация
• Канализация в частном доме
• Водопровод на даче
• Трубы для отопления
• Вода в дом из колодца
• Камин своими руками
• Насос для скважины
• Монтаж дымохода
• Канализация своими руками
• Радиаторы отопления
• Печь шведка
• Теплый пол своими руками

Пожалуйста, сделайте репост

Разновидности

Все устройства можно поделить на 2 категории: по принципу нагрева и способу хранения теплоносителя. При выборе гелиоустановки всегда необходимо выбирать исходя из параметров использования. В зависимости от конструкции, отличается способ эксплуатации и обслуживания оборудования.

Коллекторы с встроенным баком

Моноблочные установки предназначены для работы в период весна-осень. В зимние месяцы их отключают. Модели со встроенным баком легкие в монтаже и использовании. Все что необходимо — подключить его к системе водоснабжения.

Принцип работы:

1. солнечные лучи попадают на поглощающую панель (абсорберум);
2. полученная энергия передается в змеевик, который расположен в баке;
3. тепловая энергия передается от теплоносителя к воде.

В хороший солнечный день, такой коллектор может нагреть до 200 литров воды. Коллекторы с встроенным баком работают без давления, поэтому монтаж производят в наивысшей точке — крыша дома. Делается этого чтобы обеспечить необходимый напор воды.

Такие установки пользуются широким спросом, из-за простоты использования и легкого монтажа. Чаще всего их используют для летних домов и дачных участков.

Основной принцип работы — циркуляция воды. Теплая вода вверху, холодная снизу

При монтаже важно установить емкость для жидкости выше коллектора

Гелиосистемы с выносным баком

Такие типы коллекторов могут работать круглый год. Единственное условие, температура не должна падать ниже -50 градусов. Для нагрева воды используется внешний бойлер косвенного нагрева, а в качестве теплоносителя — антифриз.

Принцип работы:

1. поглощающая панель получает тепло и передает его в теплоноситель;
2. под давлением, теплоноситель поступает в теплообменник бака накопителя;
3. когда антифриз проходит по змеевику, он нагревает воду.

Такие гелиосистемы работает с подключением к насосной группе. Управление производится автоматически.

Достоинством солнечного коллектора с выносным баком является возможность получения энергии круглый год, при определенных условиях. Однако такие установки требуют подключения дополнительного оборудования, и работа коллектора зависит от электричества — его отключение может сказаться на работе установки.

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.

Теплоноситель для солнечных коллекторов подбирается с учетом времени года, а также особенностей эксплуатации. Для многофункциональных конструкций обычно используют антифриз (незамерзающая жидкость), а системы сезонного типа заполняют водой. Сегодня можно купить и более универсальный вариант — гибридный солнечный коллектор. Это устройство привлекательно тем, что одновременно производит электроэнергию и нагревает воду. Преимущества его использования очевидны: фотоэлектрические модули охлаждаются активной системой отвода тепла, благодаря чему генерируется вдвое больше электроэнергии, а излишки теплоресурсов расходуются на нагрев воды.

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

Схемы подключения к системе отопления

Обогрев частного дома на солнечных батареях можно организовать как с использованием фотоэлектрических батарей, так и с помощью солнечных коллекторов. В зависимости от выбора оборудования, природных условий и времени эксплуатации схемы подключения отличаются. Система может работать как автономно, так и в тандеме с существующей системой отопления.

С водяным коллектором

Различают зимние и летние варианты подключения водяного коллектора к системе отопления частного дома. В летнем варианте тепло обычно используется для горячего водоснабжения (например, на даче). Система в таком исполнении может использоваться без насоса для циркуляции жидкости. Циркуляция воды и теплообмен будут происходить за счет естественной конвекции. В качестве теплообменной жидкости чаще всего выступает вода.

Летняя схема подключения солнечного коллектора

Коллектор нагревает воду, которая, за счет конвекции, поступает в накопительный бак, где и происходит теплообмен. Охлажденная жидкость подается обратно на коллектор. По мере расходования горячей воды из накопительного бака, снизу в него поступает холодная вода от источника водоснабжения.

Система на естественной циркуляции сама по себе не сложная, но при этом неустойчива и требует тщательного монтажа, с соблюдением углов наклона. Бак должен быть расположен выше, чем коллектор, и для повышения эффективности, его нужно хорошо утеплить.

Если в летнюю систему добавить насос циркуляции, датчики температуры и контроллер, то система станет много эффективнее. В этом случае, датчики температуры устанавливаются на выход из коллектора и в накопительный бак. Ориентируясь на показания датчиков температуры, контроллер будет запускать или останавливать циркуляционный насос, тем самым регулируя температуру воды.

Схема подключения солнечного коллектора с насосом циркуляции

Варианты реализации отопления и горячего водоснабжения могут быть различными. Но, если систему планируется использовать зимой в средних широтах, то стабильно работать она будет только в связке с существующей системой отопления, дополняя или дублируя её. Например, можно реализовать систему теплый пол от солнечных батарей, а основную систему отопления радиаторами, сделать с помощью газовых или электрических ТЭНов. В холодные периоды температуру в доме всегда можно поддержать обычной системой отопления.

С солнечной батареей

Как и в схеме с коллектором, создать достаточно мощную систему отопления частного дома на от солнечной батареи на фотоэлектрических элементах, будет стоить очень дорого. Примерная площадь только самих батарей потребуется около 30 м2. Аккумуляторы нельзя разряжать ниже 30% уровня, что также потребует большой начальной ёмкости. Поэтому электрическую станцию на солнечных батареях можно так же монтировать в тандеме с общей сетевой. Установка даже не очень мощной и недорогой системы сэкономит затраты на электроэнергию, и компенсирует перебои напряжения.

Схема подключения солнечной электростанции в частном доме

Система состоит из:

• солнечных элементов;
• инвертора;
• аккумуляторных батарей;
• контроллера заряда.

Ток с солнечных панелей поступает на контроллер заряда, который регулирует заряд аккумуляторов, и распределяет ток между аккумуляторами и потребителем. Если от солнечных элементов поступает мало энергии, и аккумуляторы разряжены, то питание потребителей происходит от городской сети.

Инвертор преобразует постоянный ток в переменный однофазный 220 В. В некоторых системах функции инвертора и контроллера могут быть объединены в одном устройстве.

Гибридные системы обладают большой устойчивостью, и экономят электроэнергию. Но их можно и разделить по тому же принципу: отдельные обогреватели в доме можно запитать от розеток, работающих на солнечных батареях, остальные — от городской системы энергоснабжения. Если вторую систему снабдить системой автоматического регулирования, то температура в доме будет поддерживаться на требуемом уровне, при этом по максимуму будут использованы возможности солнечной электростанции.

Сомнения прочь

В странах Средиземноморья, где количество солнечных дней – более 300 в году, солнечный коллектор для отопления и нагрева воды можно встретить практически на каждой крыше. Не вызывает сомнения эффективность использования этого источника тепла в южных регионах России. Климат средней полосы считается неблагоприятным для таких энергетических установок. Однако исследования и эксперименты доказывают целесообразность применения гелиосистем. Специальная работа была проведена в институте высоких температур Российской академии наук. Средние показатели интенсивности солнечного потока в зависимости от климатической зоны составляют 150-300 Вт/кв. м. Пиковые показатели достигают 1000 Вт/кв. м.

Элементы гелиосистемы

Модули коллекторов можно установить на горизонтальной или вертикальной плоскости, закрепить на крыше или встроить в нее. Для этого понадобятся различного рода крепежные элементы, поставляемые производителями отдельно. Однотипные модули допускают возможность соединения в «батарею»

При монтаже особое внимание следует уделить расположению модулей. Понятно, что максимально эффективная работа будет в том случае, если солнечные лучи падают на поверхность строго перпендикулярно

Сделать следящее устройство, разворачивающее модули, в принципе возможно, такие разработки есть, но на практике эти решения почти не применяются: стоимость аппаратуры окажется выше цены всей гелиосистемы. Следует учесть и то, что Солнце зимой поднимается ниже, чем летом, а значит, оптимальный угол наклона модулей различается. В северных районах их можно поставить вертикально и улавливать лучи, отраженные от снежного наста. Если для работы достаточно одного—пяти модулей, их обычно соединяют последовательно, один за другим. При одновременной установке большого количества модулей возможно параллельное соединение отдельных частей системы с целью уменьшения потерь на сопротивление протеканию теплоносителя. Сами по себе солнечные коллекторы — всего лишь часть системы, причем не самая дорогая. Для обеспечения горячей водой необходим теплоизолированный накопительный бак с устройствами контроля и управления.

В одноконтурных системах в коллектор поступает та вода, которая в дальнейшем расходуется из бака. Преимущества — простота, высокий КПД, недостатки — повышенные требования к чистоте и жесткости воды, образование накипи и коррозия от растворенного в воде кислорода. К тому же зимой вода может замерзнуть, повредив установку.

В двухконтурных системах используется отдельный контур теплоносителя, который передает энергию воде с помощью теплообменника, обычно змеевика, встроенного в бак. В качестве теплоносителя, как правило, используют специальные антифризы с низкой температурой замерзания. Преимущества — высокая надежность и долговечность системы, высокая коррозионная стойкость и отсутствие выпадения солей в контуре. Недостаток — немного уменьшается эффективность работы и требуется периодическая, раз в пять—семь лет, замена антифриза.

Помимо этого, различают системы с естественной циркуляцией (термосифонные), когда горячий теплоноситель поднимается в бак, располагающийся выше коллектора, и системы с принудительной циркуляцией, у которых в контур встраивается небольшой насос. Также по типу заполнения теплоносителем различают системы постоянного заполнения и самоопорожняющиеся. В первом случае (при двухконтурной системе) в конструкцию вводится мембранный бак, компенсирующий тепловое расширение, и клапан для удаления воздуха из системы. В самоопорожняющихся коллекторах объем контура больше объема теплоносителя. При отключении насоса гелиоконтура жидкость из коллектора сливается в бак. Такой тип системы особенно удобен при периодическом проживании: теплоноситель служит дольше. За работой системы в целом следит контроллер, управляющий циркуляционными насосами и нагревательными элементами. Часто большинство элементов системы собраны с баком воедино, что упрощает монтаж и техническое обслуживание. На коллекторе и внутри бака устанавливают датчики температуры. Система включается, когда температура теплоносителя в коллекторе начинает превышать температуру воды в баке. Понятно, что, если теплоноситель холоднее воды, включать циркуляцию бессмысленно. Иногда предусматриваются и другие датчики, измеряющие температуру в помещении и на улице. В современных установках контроллер — сложное электронное устройство, позволяющее работать по различным программам. Чтобы получить больше тепла и не зависеть от солнечной погоды, баки оснащают системами дополнительного подогрева: тэном, а иногда и еще несколькими контурами, которые могут работать от котла или теплового насоса. Тут есть еще одно интересное преимущество. Днем основной приток энергии придет от коллектора, а ночью, возможно, потребуется дополнительный электроподогрев. При использовании многотарифного счетчика горячая вода будет доступна в любое время суток, а затраты на электричество существенно снизятся.

В быту и на работе

Применение гелиоустановок решает проблемы с отоплением при ограниченном доступе к газу или электричеству, при недостаточной мощности центрального электроснабжения; в качестве вспомогательной системы отопления, горячего водоснабжения дома, коттеджа, дачи, бассейна позволяет сэкономить значительные средства владельцам. Область применения самая различная:

• отопление производственных помещений;
• отопление и горячее водоснабжение жилых зданий, предназначенных для постоянного и временного проживания.
• отопление учреждений здравоохранения, туристических баз, спортивных комплексов, небольших автономных магазинов.
• обогрев открытых и закрытых бассейнов;
• отопление и горячее водоснабжение временных жилых и рабочих помещений.

Принцип работы современных гелиосистем

Понятие «солнечные коллекторы» объединяет в себе несколько вариантов конструкций для домашнего пользования, но схема работы принципиально не отличается. Все коллекторы, «питающиеся» от Солнца, оснащены системой трубок, которые в зависимости от конструкции оборудования, могут быть смонтированы в виде змеевика или последовательно подключены к выходной и входной магистрали. В самих трубках циркулирует жидкостный теплоноситель для гелиосистем — вода, масло или антифриз. Поглощение и последующая аккумуляция тепловой энергии от Солнца осуществляются абсорберами. В техническом плане конструкция достаточно проста. Высокая стоимость таких установок обусловлена использованием дорогих материалов.

Для внешней поверхности конструкции применяют износоустойчивые материалы, обладающие отличными светопропускными характеристиками — органическое стекло, полимерные составы и другие. Но поскольку полимерные «синтетики» не выдерживают продолжительного воздействия УФ-лучей (они имеют высокий коэффициент теплового расширения, что приводит к разгерметизации гелиосистемы), то в качестве альтернативного варианта производители используют каленое или органическое стекло. А сами трубки чаще всего изготавливают из боросиликатного стекла, которое характеризуется минимальным коэффициентом теплового расширения (в 8 раз меньше, по сравнению с кварцевым стеклом). Именно поэтому материал не трескается при резких колебаниях температуры.

Солнечное отопление

Перспективу частичного использования солнечной энергии лучше сразу закладывать при строительстве дома. Например, просто с помощью ориентации окон на южную сторону можно существенно сэкономить на отоплении. Также можно изначально заложить в проект установку фотоэлектрических элементов или коллекторов на крышу дома.

Системы потребления энергии Солнца бывают:

• Пассивные
• Активные

Пассивные способы использования солнечной энергии

Пассивные системы предназначены для прямого потребления энергии Солнца и его сохранение. Ярким примером являются солнечные дома.

Солнечный дом

Многие, наверняка, замечали, что даже в прохладный, но солнечный день, сидеть в кафе за столиком около закрытого окна с солнечной стороны довольно жарко. Это происходит потому, что инфракрасная часть спектра излучения способна проникать через стекло и нагревать поверхности. Эту способность и используют для отопления домов с ориентацией окон на южную сторону дома. Окна проектируют большой площади. Пол при этом выполняет функцию аккумулятора тепла. Он должен быть из из бетона или камня, толщиной в несколько десятков сантиметров и покрыт черным материалом, например, плиткой. Такую конструкцию пола или стены называют «термальный массив».

За световой день, инфракрасное излучение нагревает черный пол, тепло аккумулируется в каменной или бетонной массе. А после заката уже сам термальный массив выполняет функцию нагревателя, отдавая тепло в здание, поддерживая температуру в доме. В ночное время окна закрываются, чтобы избежать потерь тепла.

Устройство солнечного дома

Теоретически выглядит всё идеально, и такие проекты даже реализуются на практике. Но для того, чтобы в таком доме было комфортно находиться, он должен быть очень грамотно спроектирован опытным архитектором. Обязательно нужно учитывать сезонность эксплуатации здания, широту, климат в месте постройки, а также грамотно рассчитать потоки тепла в доме в разное время суток. Солнечный дом позволит значительно сэкономить на обогреве здания, но требует больших капитальных вложений на этапе проектирования.

Активные способы использования солнечной энергии

Активные системы преобразуют энергию Солнца, а затем передают её. Функционально их делят на фотоэлектрические элементы и солнечные коллекторы.

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электричество из энергии Солнца, которое потом может использоваться как для отопления и горячего водоснабжения, так и для электроснабжения жителей дома.

Солнечные коллекторы нагревают теплоноситель, который потом циркулирует в системе отопления дома, или нагревает воду для горячего водоснабжения.

Солнечная электростанция

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Всё это приводит к тому, что в средней полосе России только монтаж солнечных батарей на крыше не может обеспечить теплом весь дом. Приходится задействовать дополнительные площади. Зимой, когда требуется больше энергии для отопления, солнечная активность маленькая. Летом же всё с точностью до наоборот.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.