Установка (монтаж) солнечных коллекторов. Выбор коллектора. Расчет площади

Солнечный коллектор. Примеры расчета и обвязки

Солнечный коллектор — это установка , собирающая солнечную энергию с последующим ее преобразованием в тепло.
Солнечные коллекторы используются летом для снабжения дома горячей водой, а так же подогрева воды в бассейнах. А в зимнее время — для отопления совместно с твердо-топливным, жидкотопливным или электрическим отоплением. Использование солнечных коллекторов позволяет сократить расходы на отопление на пятьдесят и более процентов. Несмотря на то, что в нашей климатической зоне количество пасмурных дней значительно, даже в это время коллектор продолжает работать, но для полной функциональности системы ГВС или отопления в этом случае необходим дополнительный источник энергии . На территории Беларуси существует возможность ежегодно получать в общем 1000- 1150 кВт/м -2 , что составляет около половины радиационного баланса Южной Европы и Ближнего Востока
При правильно спроектированной и смонтированной системе вы не будете испытывать проблем с эксплуатацией в будущем на протяжении долгих лет.
Свою стоимость солнечный коллектор окупает примерно в течение первых пяти лет эксплуатации. Поэтому последующие 25-30 лет гелиосистема позволит сократить энергозатраты.

Существующие виды солнечных коллекторов и принцип их работы:

1.Плоский солнечный коллектор — является самым распространенным , чаще всего используется в ГВС и отопительных системах частных домов. Плоский коллектор это изолированная панель, внутри которой расположен поглотитель в виде пластины. Пластина изготавливается из металла и является хорошим теплопроводником. В качестве металла обычно используют медь, которая меньше всего подвержена коррозии. Поверхность пластины специально обрабатывают высокоселективным покрытием, которое может удерживать солнечную энергию. Стекло в плоских коллекторах применяется специальное солярное ,оно не содержит большого количество железа, такое стекло резко снижает потерю тепла. Корпус солнечного коллектора предназначен для соединения в одно целое всех частей коллектора, надёжной их защиты от неблагоприятных природных явлений и присоединения коллектора к конструкции дома. Чаще всего его выполняют из анодированного алюминия в виде рамки.
Солнечный лучи проходя через стекло, попадают на пластину поглотителя, которая разогревается и превращает ультрафиолет в тепло. Далее тепло переходит к теплоносителю, а оттуда к антифризу или воде, которые циркулируют в коллекторе. Теплоноситель прогревается и передает тепло воде в теплообменнике. Здесь вода находится в горячем состоянии до момента, когда она потребуется потребителю. Плоские коллекторы обладают простотой и надёжностью, срок их эксплуатации достигает 50 лет.

2. Вакуумный солнечный прямоточный коллектор — имеет специальные трубы, в которые встроен медный поглотитель со специальным покрытием, что гарантирует поглощение солнечной энергии даже при малом количестве лучей. Каждая медная трубка вставлена в запаянный по концам стеклянный сосуд цилиндрической формы и имеет свою собственную изоляцию. Теплоизолирующим материалом в таком коллекторе служит вакуум. Теплоноситель, протекая через коллектор, отдает ему свое тепло, преимущество данного коллектора заключается в том, что здесь значительно сокращены потери тепла из-за этого теплоноситель здесь может прогреваться до +160°С.
Солнечные лучи проходят через стеклянную трубу с вакуумом и попадают на поглотитель тепла, здесь они преобразуются в тепло. Энергия тепла передается жидкости, которая протекает по трубчатому прямоточному теплообменнику. Каждая из трубок подключена к накопительному баку двумя медными трубами, одна труба подводит горячую воду к баку, вторая выводит охлажденную воду, и процесс прогрева заново повторяется. Вакуумные коллекторы отличаются прежде всего длиной и диаметром стеклянных трубок. Чем меньше и тоньше трубка — тем меньше энергии может давать такой коллектор. Длина варьируется от 1.2 до 2.1 м. Наиболее распространенный диаметр — 58 мм.

3. Приблизительный расчет солнечных коллекторов

При использовании солнечных коллекторов в системе ГВС необходимо правильно определить их количество или площадь: от этого зависит производительность. Расчет солнечного коллектора любого типа базируется на потребностях, которые известны заранее.

3.1.Расчет плоского солнечного коллектора

Практика показывает, что на квадратный метр поверхности, установленной перпендикулярно ярким солнечным лучам, приходится в среднем 900 Вт тепловой энергии (при безоблачном небе). Расчет СК будем производить на основе модели площадью 1 м². Лицевая сторона – матовая, черная (обладает близким к 100% поглощением тепловой энергии). Тыльная сторона утеплена 10 см слоем пенополистирола.
Требуется рассчитать теплопотери, которые происходят на обратной, теневой стороне. Коэффициент теплоизоляции пенополистирола – 0,05 Вт/м × град. Зная толщину и предположив, что разница температур на противоположных сторонах материала – в пределах 50 градусов, высчитаем теплопотери:

0,05/0,1 × 50 = 25 Вт.

Такие же приблизительно потери ожидаются со стороны торцов и труб, то есть суммарное количество составит 50 Вт.
Безоблачным небо бывает редко, кроме того следует учитывать влияние налета грязи на коллекторе. Поэтому снизим количество тепловой энергии, приходящейся на 1 м², до 800 Вт. Вода, используемая в качестве теплоносителя в плоских СК, обладает теплоемкостью, равной 4200 Дж/кг × град или 1,16 Вт/ кг × град. Это означает, что для того, чтобы повысить температуру одного литра воды на один градус, потребуется затратить 1,16 Вт энергии.
Учитывая эти расчеты, получаем следующую величину для нашей модели солнечного коллектора 1 м² площади:

Округляем для удобства до 700 /кг × град. Это выражение обозначает количество воды, которое можно нагреть в коллекторе (модель площадью 1 м²) в течение часа. При этом не учитываются потери тепла с лицевой стороны, которые будут возрастать по мере разогрева. Эти потери будут ограничивать разогрев теплоносителя в солнечном коллекторе в пределах 70-90 градусов. В связи с этим, величина 700 может быть применена к низким температурам (от 10 до 60 градусов).
Расчет солнечного коллектора показывает, что система площадью 1 м² способна нагреть 10 литров воды на 70 градусов, что вполне достаточно для обеспечения дома горячей водой. Можно уменьшить время нагревания воды за счет уменьшения объема солнечного коллектора при сохранении его площади. Если же количество проживающих в доме требует большего объема воды – следует применить несколько коллекторов такой площади, которые соединяют в одну систему.
Для того, чтобы солнечный свет воздействовал на радиатор максимально эффективно, коллектор необходимо ориентировать под углом к линии горизонта, равным широте местности.
В среднем, для обеспечения жизнедеятельности одного человека необходимо 50 л горячей воды. Учитывая, что вода до подогрева имеет температуру около 10 °С, разница температур составляет 70 – 10 = 60 °С. Количество тепла для подогрева воды необходимо следующее:

W=Q × V × Tp = 1,16 × 50× 60 = 3,48 кВт энергии.

Разделив W на количество солнечной энергии, приходящейся на 1 м² поверхности в данной местности (данные гидрометеоцентров), получим площадь коллектора.
Расчет солнечного коллектора для отопления производится аналогично. Но объем воды (теплоносителя) необходим больший, что зависит от объема обогреваемого помещения. Можно сделать вывод, что улучшения эффективности водонагревательной системы такого типа возможно достичь методом уменьшения объема и одновременном увеличении площади.

3.2. Расчет вакуумного солнечного коллектора

Проектирование системы должно проводиться с учетом:

особенностей климата в данной местности;

объема отапливаемого помещения и этажности здания;

количества проживающих (работающих) людей;

типа установленных отопительных приборов;

коэффициента теплопроводности стен (определяется исходя из толщины и материала);

места размещения теплообменника и т.п.

Проектные работы выполняются в два этапа. Первый предполагает расчет солнечного коллектора для отопления, а именно определение их количества, необходимого для отопления. Второй этап – привязка полученных результатов к существующей системе отопления.
Подробнее о первом этапе: определяем количество энергии, которое вырабатывается коллектором за день. Для этого следует использовать данные о среднемесячном уровне солнечного излучения (сведения из гидрометеоцентра) в данной местности. Умножив это значение на площадь коллектора и его КПД (примем равным 0,8), получим:

Ек= Ес.× Sр.× 0,8 (кВт/день)

Затем определяем количество расходуемой воды (Vдн, л.), которая нагреется коллектором в течение дня. Это зависит от параметров отопительной системы.
Известно, что для повышения температуры 1л воды на 1 градус требуется затратить 1,16 Вт мощности. Разделив числовое значение количества вырабатываемой энергии за день на теплоемкость воды, получим температуру, до которой солнечный коллектор данной модели может нагреть теплоноситель.

Если расчеты показывают, что полученная температура является недостаточно высокой, для ее увеличения необходимо изменить площадь СК: установить дополнительные вакуумные трубки или панели.

Установка солнечного коллектора

Качество работы солнечного коллектора, а точнее количество вырабатываемой энергии может зависеть от многих факторов. Но некоторые факторы можно учесть при установке коллектора, например, сюда относятся угол наклона и ориентация установки, за критерий ориентации в данном случае необходимо брать азимут.
Углом наклона принято считать угол между батареей и горизонтом. Во время монтажа коллектора на скатной кровле, за угол уклона берется сам скат . Как показывает практика идеальным углом наклона принято считать угол от 30 до 45 градусов.
Азимут покажет отклонение коллектора по отношению к югу, если его плоскость ориентирована на юг, то он должен быть равен нулю. В нашей широте принято считать, что отклонение на юг может быть равно 45 градусам к юго-западу или юго-востоку.

Установка (монтаж) солнечных коллекторов. Выбор коллектора. Расчет площади

Установка вакуумного солнечного коллектора – выгодная инвестиция в будущее своей семьи. Круглогодичный доступ к горячей воде, бесплатная энергия для отопления дома, независимость от работы коммунальных служб и отсутствие перебоев в горячем водоснабжении – преимущества, которые особенно ощутимы в холодное время года.

Читайте также:  Светильники встраиваемые в потолок

Факторы влияния на работу вакуумного коллектора

Для того чтобы вакуумные коллектора эффективно функционировали и приносили пользу по назначению, необходимо точно рассчитать и подобрать всю комплектацию оборудования для решения той или иной задачи. Недостаточная производительность коллекторов приведет к нехватке тепловой энергии для отопления дома, бани, теплицы и других сооружений, подогрева воды для ежедневного использования или для наполнения бассейна. Установка коллекторов избыточной мощности не только не рациональна с точки зрения лишних финансовых затрат , но и может вызвать дополнительную нагрузку на систему в летний период, когда потребности в энергии снижаются, а активность солнца возрастает. Необходим некий оптимальный вариант и, поэтому, расчет и подбор комплекта оборудования на основе солнечных коллекторов следует доверить специалистам, так как на дальнейшую эффективность работы такой системы влияет немало факторов.

При подборе гелиоустановки важно учитывать следующие данные:

1) Уровень инсоляции (солнечного излучения) в той географической точке и те месяцы, в которые рассчитывается эксплуатация оборудования;
2) КПД коллектора (зависит от типа установки; для вакуумных солнечных коллекторов коэффициент, в среднем, колеблется в пределах 67-80%. Для большей достоверности рекомендуется ориентироваться на минимальный результат);
3) Угол наклона коллектора (от данного показателя зависит количество солнечной энергии, которую поверхность коллектора будет поглощать в течение светового дня. Необходимый угол наклона, под которым будет установлен коллектор, индивидуален и зависит от региона, географических и климатических особенностей местности);
4) Эффективная площадь поглощения коллектора.
Кроме того, важно учитывать и площадь отапливаемого помещения, хорошо ли оно утеплено или нет, потребляемый объем горячей воды, тип отопительной системы (радиаторы или теплые полы), тип самого коллектора, характер теплоносителя в системе и дополнительные условия, которые влияют на эффективную работу вакуумной гелиоустановки.

Характеристики вакуумных трубок – исходная точка расчета ее мощности

При расчете эффективности применения солнечных коллекторов для целей отопления и ГВС необходимо учитывать характеристики вакуумных трубок. Стандартная вакуумная трубка имеет 1800 мм в длину, внешний диаметр – 58 мм, внутренний – 47 мм. Конструкция двух стеночная. Цилиндры имеют различную толщину: внешний более прочный – 1,8±0,15мм, внутренний – 1,6±0,15мм. Пространство между стенками заполнено вакуумом (менее 5х10-3 Па) и создает преграду для потерь тепла (принцип работы колбы термоса).
В качестве материала для изготовления применяют боросиликатное стекло. Селективное покрытие на наружной поверхности внутреннего цилиндра – напыление композита из нержавеющей стали, алюминия и меди – способствует улучшенному поглощению солнечного излучения.
Цилиндрическая форма стеклянной трубки при соблюдении основных требований установки обеспечивает более 91% поглощения всей поступившей на поверхность энергии. Теплопотери при этом не превышают 8% (при температуре носителя около 80°C). Коэффициент таких потерь для вакуумной солнечной установки не более 0,6Вт/м 2 .

Определяем площадь эффективного поглощения

Расчет площади эффективного поглощения солнечного коллектора сделаем на примере популярной модели солнечного коллектора модели SCH-30, имеющей в своем составе 30 вакуумных трубок стандартного типоразмера. Определив эффективную площадь поглощения одной трубки и умножив ее на 30 получим общую эффективную площадь поглощения коллектора. Площадь поглощения одной трубки – фактически площадь «тени» , создаваемой трубкой при ее освещении солнцем. Это проекция трубки на плоскость , проходящую через ее диаметр. Поскольку диаметр трубки 58 мм или 0,058 м, а длина трубки участвующая в приеме солнца порядка 1600 мм или 1,6 м (общая длина трубки 1800 мм, но верхняя и нижняя ее часть закрыты элементами конструкции и в работе участия не принимают), тогда площадь «тени» составит 0,058 м * 1,6 м = 0,092 м 2 . А общая эффективная площадь поглощения коллектора 0,092 м 2 * 30 шт. = 2,77 м 2 . Аналогичным образом можно получить, что у коллектора модели SCH-18 (18 вакуумных трубок) эффективная площадь поглощения составит 1,66 м 2 , у модели SCH-20 (20 вакуумных трубок) – 1,86 м 2 , а у модели SCH-24 (24 вакуумных трубки) – 2,21 м 2 .

Расчет вырабатываемой энергии солнечным коллектором

Годовая вырабатываемая солнечным коллектором энергия определяется географической точкой установки коллектора и статистическими данными по годовой солнечной инсоляции в этом регионе. Так, для Москвы и Московской области показатель солнечной инсоляции за год составляет 1173,7кВт*час/м 2 . Используя полученное значение эффективной площади поглощения коллектора мы можем рассчитать вырабатываемую им за год энергию. Так коллектор модели SCH-30 выработает 2,77 м 2 * 1173,7 кВт*ч/м 2 = 3251,15 кВт*ч, но с учетом кпд=80 % только примерно 2600,0 кВт*ч.

По такому же методу легко произвести расчет производимой вакуумным солнечным коллектором энергии с любым другим количеством трубок. Например, вакуумный коллектор модели SCH-20 (20 вакуумных трубок) выработает за год 1173,7 кВт*ч/м 2 * 1,86 м 2 * 0,8 =1746,0 кВт*ч.

Беря статистические данные по солнечной инсоляции за месяц можно подсчитать количество вырабатываемой энергии за месяц.

Тем ни менее хочется сказать, что подбор оборудования – процесс сугубо индивидуальный для каждого клиента. Самостоятельный просчет мощности дает лишь весьма приблизительные значения, а риск не учесть один, казалось бы, незначительный фактор, может заметно снизить КПД системы. Доверяя расчет солнечного коллектора профессионалам, легко стать обладателем максимально эффективного оборудования. Но в любом случае все расчеты носят условный характер. Погодный условия на планете меняются, солнечная активность тоже. Данные по солнечной инсоляции носят очень усредненный показатель и год от года могут сильно меняться.

Для заказа обратного звонка или связи со специалистом воспользуйтесь формой ниже или звоните по телефону

+7 (495) 640-70-49, +7 (985) 923-35-37

Бесплатно произведем расчеты и ответим на все Ваши вопросы.

Расчет солнечного коллектора для ГВС

Солнечная энергетика – это не только свет, преобразованный в электричество. Это еще и горячая вода, и тепло в доме. Чтобы преобразовать энергию солнечного излучения в тепло, нужны специальные установки – солнечные коллекторы. В период с апреля по октябрь эти установки снабжают дома горячей водой, а в осенне-зимний период совместно с традиционными источниками энергии отапливают помещения.

Владельцам коттеджей, загородных домов использование солнечных коллекторов дает существенную экономию средств, так как горячая вода поступает в дом практически бесплатно. Но для того, чтобы эти установки работали в самом оптимальном режиме, перед тем, как выбрать тип установки, ее месторасположение, необходимо выполнить хотя бы приблизительный, прикидочный расчет солнечного коллектора для ГВС (горячего водоснабжения).

Пример расчета для плоского гелиевого конвертера

Для начала нужно установить, какое количество солнечной энергии попадает на поверхность, установленную перпендикулярно лучам солнца. Известно, что на один квадратный метр поверхности, находящейся за пределами атмосферы, попадает 1367 ватт энергии Солнца.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение теряет в мощности от трехсот до пятисот ватт. Поэтому на поверхность Земли в ясную безоблачную погоду в средних широтах на один квадратный метр попадает от 800 до 1000 ватт мощности. Для расчетов принимается среднее значение – 900 ватт. Для упрощения расчетов в качестве модели используется условный солнечный конвертер площадью в один квадратный метр.


Схема тепловых потерь плоского солнечного коллектора

Модель коллектора, принятая для расчетов, представляет собой установку, рабочая поверхность которой защищена специальным закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием. Абсорбер покрыт жаропрочной селективной черной краской. Тем самым обеспечивается практически 100% поглощение тепловой энергии. Тыльная сторона коллектора представляет собой слой теплоизоляции толщиной в десять сантиметров. Теплоизоляция чаще всего выполняется на основе минеральной ваты. Чтобы рассчитать потери тепла, неизбежно возникающие на теневой стороне, необходимо знать коэффициент теплопроводности минеральной ваты. Для легкой минеральной ваты этот коэффициент составляет 0.045.

Для расчета предполагается, что разница температур на лицевой и тыльной сторонах теплоизоляции составляет до 50°. Следовательно, при толщине теплоизоляции десять сантиметров потери тепла составят:

Примерно такие же потери тепла возможны с торцевых поверхностей коллектора и от труб. Таким образом, суммарные потери тепла составят 45 ватт. Для расчета необходимо внести корректировочные поправки на возможную облачность, загрязнение стекла коллектора, налипание посторонних предметов (например, листьев с деревьев). Поэтому в расчете следует принять нижнюю границу значения мощности солнечной энергии, приходящейся на один квадратный метр – 800 ватт на один квадратный метр. В качестве теплоносителя в плоских солнечных конвертерах используется вода. Чтобы нагреть один литр воды на один градус, необходимо затратить энергию в 4200 джоулей, что соответствует мощности в 1.16 ватта.

Зная эти величины, можно рассчитать то количество воды, которое будет нагрето в течение одного часа в условном солнечном коллекторе с рабочей площадью в один квадратный метр:

То есть за один час гелиевый коллектор площадью в один квадратный метр сможет нагреть на один градус почти 700 литров воды. Из этого расчета следует, что если необходимо нагревать воду на два, три, десять градусов, то расходуемую мощность необходимо соответственно увеличивать.

800 : (1.16 × 10) = 68.96

Следовательно, чтобы в течение часа нагреть воду на десять градусов, через условный солнечный коллектор нужно пропустить не более 69 литров воды (вес одного литра воды равен одному килограмму). Согласно санитарным правилам и нормам (СанПиН), принятым в 2009 году, температура горячей воды, подаваемой в дома, должна находиться в пределах от +60°С до +75°С.

Читайте также:  Что такое ID и OD у труб?

Как показывает практика, для поддержания комфортных условий среды обитания на одного человека требуется в среднем примерно 50 литров горячей воды в день. Для расчета количества энергии принимаем это значение и верхнее значение температуры – +75°С. Поскольку холодная вода, поступающая в коллектор, имеет начальную температуру порядка +10°С, мы получаем ту разницу температур, на которую необходимо нагреть воду:

Коллектор следует расположить таким образом, чтобы угол наклона его примерно соответствовал географической широте местности, а ориентация была бы на юг. Возможны небольшие отклонения на юго-восток или юго-запад.

Для определения количества тепла, необходимого для нагрева 50 литров воды на 65°, применима формула:

W = Q × V × Tp = 1,16 × 50 ×65 = 3770 (ватт энергии)

Теперь остается вычислить площадь гелиевого коллектора. По таблицам метеорологов для данной конкретной местности следует уточнить то количество энергии Солнца, которое получает здесь один квадратный метр поверхности. Для нашего расчета это значение принято 800 ватт. Разделив вычисленное значение W количества энергии на 800 ватт, мы получим искомую площадь коллектора:

3770 : 800 = 4.71 (квадратных метров)

Это значение соответствует значению площади гелиевого коллектора, который обслуживает одного человека. Для нагрева воды для двух, трех или более человек эту площадь следует увеличить в соответствующее число раз. При стандартных размерах рабочей площади в 2.0 м² – 2.2 м² для нагрева воды на семью из трех человек необходимо установить шесть плоских солнечных коллекторов.

Аналогичным образом производится расчет площади и количества гелиевых коллекторов для организации отопления. Единственное, на что нужно будет сделать поправку, так это на объем теплоносителя, так как в данном случае его потребуется больший объем.

Графический метод расчета системы горячего водоснабжения

Поскольку для определения количества оборудования, которое необходимо приобрести для организации солнечного нагрева воды и подачи ее в дом, особая точность не требуется, многие изготовители и поставщики систем горячего водоснабжения разработали собственные методики расчета, воплотив их в простейшие графики.

По таким графикам любой потенциальный покупатель может самостоятельно определить свои потребности в тех или других компонентах системы нагрева воды. Ниже приведен один из таких графиков. Чтобы определиться с составом оборудования, необходимо выполнить несколько последовательных шагов.


Графическое определение состава оборудования для горячего водоснабжения

  1. Определить количество постоянных потребителей.
  2. Задать примерный объем расходуемой воды.
  3. На основании этих данных определить рекомендуемый объем бойлера.
  4. Задать оптимальную степень замещения суточных потребностей в тепле на энергию солнца.
  5. Выбрать грубо («Север» – «Юг») вашего месторасположения.
  6. Определить предполагаемую ориентацию гелиевых коллекторов.
  7. Задать угол наклона коллекторов по отношению к горизонту.

Выполнив эти действия, вы получите примерный состав оборудования, которое необходимо для удовлетворения ваших потребностей в горячей воде, а именно объем бойлера, количество коллекторов. А уж за вами остается решение, как именно использовать это оборудование – в качестве основной или вспомогательной системы горячего водоснабжения.

Зная состав системы ГВС, можно легко рассчитать стоимость всех компонентов, а также приблизительно рассчитать сроки окупаемости этого оборудования.

Расчет тепловой мощности от гелиосистем. Окупаемость солнечного коллектора.

Добрый день, уважаемые читатели. Хотим поделиться расчетом выделения тепла солнечными установками.

Солнечная инсоляция – это облучение поверхностей солнечным светом, поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.

Для примера рассмотрим плоские солнечные панели Vaillant VFK 135/2 VD (Германия). Площадь (абсорбер) одно коллектора 2,33 м2. Сколько тепла можем получить от одного коллектора? Для этого нам нужно знать КПД панели и солнечную инсоляцию в данный период времени. Существует таблица, в которой разбито по месяцам средняя солнечная инсоляция в сутки на 1 м2 площади поверхности.

Берем декабрь – самый наименьший показатель инсоляции в году 1,86 кВт*ч/сутки. Коэффициент КПД одной панели Vaillant VFK 135/2 VD – 78,5%. Следовательно одна панель в декабре месяце (в среднем) 1,86*2,33*0,78=3,38 кВт*ч/сутки. (1,86 кол-во инсоляции в декабре, 2,33 площадь абсорбер солнечной панели, 0,78 КПД солнечной панели).

Теперь приведем пример в июле месяце. 6,28*2,33*0,78=11,41 кВт*ч/сутки. В июле продолжительность солнечного дня составляет 15 часов, 11,41/15=0,76 кВт/час. Для примера этой мощности хватит, что бы нагреть два бойлера по 100 литров при входной температуре 15 градусов до 65 градусов за 16 часов, тем самым обеспечить ГВС (горячим водоснабжением) семью из 3-4 человек.

Окупаемость солнечных коллекторов. Чем выше вклад установки в потребление тепловой мощности потребителем, тем меньше ее срок окупаемости. В основном это коттеджи, гостиницы, санатории, пансионаты и пр. объекты, где большой расход тепловой энергии на нагрев воды, подогрев бассейна, поддержка существующей системы отопления. Для примера возьмем гостиницу на 15 номеров с потреблением воды (50 градусов) 2500 л/сутки. 50 человек по 50 литров горячей воды.

Проведем расчет количества тепла (Q) для нагрева воды от текущей температуры (tт) до заданной (tз). Формула Q = G х Ro х C х (tт – tз) – 2,5*1000*1(50-15)=87500 ккал (2,5 м3 воды, 1000 плотность воды кг/м3, 1 удельная теплоемкость воды, 50 температура нагретой воды, 15 начальная температура воды). Переведем ккал в кВч (1000 ккал = 1,16 кВч). 87,5*1,16=101,5 кВч. Для нагрева 2500 литров воды с 15 до 50 градусов потребуется затратить 101,5 кВч. Исходя из объектов, где используются солнечные панели с таким потреблением воды, рассчитаем их окупаемость. 10 панелей по 2,33 м2 площади абсорбера, получаем общую площадь 23,3 м2. Считаем количество тепла, в сезонное время (апрель-сентябрь). Приводим максимальное значение (условия полное потребление 2500 литров горячей воды в день). 23,3*0,78*4,58=85,37 кВч (Апрель) 23,3*0,78*5,51=100,13 кВч (Май) 23,3*0,78*5,89=107,04 кВч (Июнь) 23,3*0,78*6,28=114,13 кВч (Июль) 23,3*0,78*5,62= 102,13 кВч (Август) 23,3*0,78*4,75 = 86,32 кВч (Сентябрь).

По диаграмме видно, что 10 панелей способны обеспечить пиковую нагрузку на протяжении летнего сезона, апрель и сентябрь вряд ли будут нуждаться в пиковых нагрузках на приготовление горячей воды, а если все таки потребуется, есть альтернативный источник тепла к примеру электрический котел. Итого за 6 месяцев суммарно нагревая 2500 литров воды с 15 до 50 градусов каждый день солнечная установка из десяти плоских панелей способна выработать до 17300 кВт тепловой энергии в курортный сезон.

Рассчитаем на примере подогрева воды электричеством, 1 кВт возьмем для примера стоимостью 5 руб. Итого за сезон мы бы затратили/сэкономили 17300*5=86500 руб. Что бы рассчитать окупаемость, нужно взять стоимость установки в целом, включая материалы для монтажа, стоимость работ. У каждого производителя солнечных гелиоколлекторов свои нюансы, и своя стоимость. Далее стоит поделить сумму вложения установки на 86500 и получим кол-во лет, за которые она полностью окупится. Сумма вложений 800 тыс рублей, окупаемость = 9 лет.

Упрощённый тепловой расчет солнечного коллектора

Начальная температура воды, поступающая в дом из водопровода, составляет 10°С, а использование этой воды для нужд (умывание, душ, отопление, уборка и пр.) требует ее подогрева. Конечно, для ее разогрева хотя бы до 40 градусов потребуется затратить энергию – газ, дрова, электроэнергия, одним словом, заплатить за ее нагрев. Зимой солнечный коллектор сможет подогреть воду от 40 до 70°С, а летом – до 100 °С.

Попробуем разобраться, насколько эффективным будет использование солнечного отопления.

В солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, которая установлена перпендикулярно солнечным лучам, на протяжении одного часа попадает от 700 до 1350 Ватт солнечной тепловой энергии. В зависимости от атмосферного состояния. Для примера возьмем среднее значение, т.е. 1000 Вт/м 2 .

Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1 градус потребуется приблизительно 1,16 Вт. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м 2 . Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 1м 2 сможет нагреть воду на один градус:

1000 Вт / 1,16 Вт = 862,07 кг воды.

Чтобы было удобнее, считаем, что К=862 кг х ОС х м2 х час. Это соотношение показывает какое количество воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе, площадь которого составляет 1 м 2 .

Для примера, солнечный коллектор в комплекте, который состоит из 15 вакуумных трубок, площадью 3м 2 . Самый оптимальный объем термоса для жидкости этого коллектора – 150 литров. Продолжительность нагрева такого количества воды до 45°С в холодное время года составляет:

(150 л х (45°С – 10°С)) / (3 м2 х 862 кг*оС*м2*час) = 5250 /2586=2,03 час.

Чтобы обеспечить нагрев 150 литров воды до температуры до 45°С солнечная установка сможет за 2 часа. Если учитывать теплопотери коллектора и тот факт, что атмосфера не всегда чистая и прозрачная, а солнечный коллектор не идеально чистым, то время нагрева зимой увеличивается до 4 часов.

Проведем расчёт для нагрева заданного объема воды элекроэнергией.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
где, t – время нагрева в часах=1ч. c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К), m – количество воды 150 кг, P – мощность в Вт, η – КПД = 0,98, Δϑ – разность температур в К (ϑ2 – ϑ1)=35°C ϑ1 – температура холодной воды в10 °C ϑ2 – температура горячей воды в 45°C

Читайте также:  Чем чистить чугунную ванну? Средства для ухода за ванной

P = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230Вт.=6,23 кВт/ч.

Следовательно, чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, то Вы заплатите от 7 до 8 кВт.ч. х 2,3 рубля=от 16 до 20 рублей, а за 300 литров – от 32 до 40 рублей. Подведем итог: зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м 2 , сэкономит ваш расходы от 20 до 40 рублей в день.

Произведем расчет расхода горячей воды для семьи, состоящей из трех человек. Если день начинается с 10-минутного душа для каждого из членов семьи, то использование теплой воды составляет 8 литров в минуту. Следовательно, на прием душа уходит: 3 чел. х 10 мин. х 8 л/мин = 240 литров теплой воды. Дальше завтрак, после которого на мытье посуды нужно примерно 15 минут с расходом теплой воды 3 л/минуту. Так, для того чтобы вымыть посуду понадобиться: 15 мин. х 3 л/мин = 45 литров теплой воды. Если предположить, что вечером расход воды будет приблизительно таким же, а также добавить уборку, стирку и прочие потребности, то добавим еще 100 литров. В результате расход теплой воды утром или вечером составит: 240+45+100=385 литров. При подсчетах видно, что в среднем на одного члена семьи приходится 100-150 литров горячей воды в день. Тогда, для того, чтобы обеспечить семью горячей водой в холодное время года, Вам потребуется два коллектора и бак на 300 литров. Если Вы планируете использовать солнечное тепло в максимальном объеме и использовать его для разогрева отопления, тогда Вам рекомендуется купить шесть коллекторов и накопительный бак на 500 литров воды. Солнечная установка очень эффективная, также Вы сможете сэкономить значительную сумму денег. Вышеприведенный расчет – это упрощенный расчет, который основан на зимнем периоде, а с приходом весны и лета солнечная активность значительно возрастет, следовательно, возрастет эффективность такого оборудования. В летний период человек более активный и используется большее количество горячей воды: принимает душ, бассейн, моем посуду, стираем и пр. Летом температура воды вырастает от 60 до 95°С, и тогда возникает новый вопрос – куда девать лишнюю воду, но следует помнить, что Вы не будете платить денег за ее нагрев. Итог: в теплый солнечный период эффективность использования солнечного оборудования вырастает в два раза, а шестиколлекторная солнечная установка, площадь которой 18 кв.м., сэкономит в холодное время года от 90 до 200 рублей в день, а летом – от 180 до 400 рублей в день. Если количество холодных и теплых дней в году приблизительно одинаковое, тогда можно провести такой расчет, при котором экономия будет составлять от (90 +200) : 2 = 145, до (840 +1920) : 2 = 290, теперь умножим на 365 дней и получим сумму от 52925 до 105000 рублей в год.

Полную окупаемость всех затрат на покупку солнечного оборудования можно ожидать от одного до двух лет. При покупке коллекторной солнечной установки Вы заплатите только один раз. Срок ее эксплуатации от 15 до 25 лет, притом, что работает она постоянно.

Солнечный коллектор: изготовление своими руками и особенности эксплуатации

Владельцы частных домов часто задаются вопросом, как минимизировать расходы на отопление и горячее водоснабжение. Вариантов решения может быть несколько, однако в условиях роста цен на энергоресурсы они оказываются достаточно затратными.

В такой ситуации использовать солнечные коллекторы для отопления дома оказывается выгодно, особенно при нечастом посещении дачи в теплое время года.

Краткое содержимое статьи:

Достоинства оборудования

Для функционирования коллекторов не требуется использование дополнительных источников энергии. Работа оборудования базируется на применении возобновляемых природных источников энергии.

Каждый квадратный метр коллектора обеспечивает среднегодовую экономию 800 кВт. Даже в зимний период существует возможность обогревать до 30-40% жилой площади в загородном доме.

Конечно, КПД зависит от типа устройства и его модели, но уже сейчас автоматизированные модификации дают 75%-е преобразование энергии солнца в целях отопления.

На фото солнечных коллекторов представлены различные модели. Большинство из них обладает такими преимуществами:

  • обеспечение автономного отопления и подогрева воды в любое время года;
  • длительный период эксплуатации;
  • высокий уровень окупаемости – в среднем до 4-5 лет;
  • независимость от роста тарифов на энергоресурсы;
  • использование для отопления жилых и хозяйственных помещений;
  • возможность простого подключения к существующей автономной системе отопления;
  • экологичность оборудования;
  • минимизация нагрузки на внутреннюю электросеть;
  • мобильность с позиций подстройки под конкретные условия эксплуатации.

Однако прежде чем изучать инструкцию, как можно собрать солнечный коллектор, необходимо понять и его недостатки.

Во-первых, это высокая стоимость самого оборудования, которое может быть доступным не каждому дачнику.

Во-вторых, эффективность работы устройства зависит от множества факторов – климатических условий, окружающего ландшафта, формы и направленности ската крыши, продолжительности светового дня и т.д.

Разновидности оборудования

В южных солнечных регионах КПД использования может достигать 95%, хотя в северных районах эффективность значительно снижается. Для тех, кто интересуется, какие бывают солнечные коллекторы, целесообразно рассмотреть основные виды солнечных коллекторов.

Плоская модель

В специальном ящике из алюминия смонтированы медные трубки. В нижней части устанавливается теплоизоляционная защита. Верхнюю поверхность конструкции представляет полотно из закаленного стекла и пропилен-гликоля. Оно обеспечивает поглощение лучей солнца для последующего преобразования устройством в тепловую энергию. Это бюджетный вариант оборудования, которое работает круглогодично.

Вакуумная модификация

Устройство содержит в своей конструкции множество трубок, изготовленных из меди. Они располагаются равномерно рядами. Трубка, содержащая вещества с поглощающим и отражающим эффектом, устанавливается в большую по диаметру стеклянную трубку-колбу.

Между их стенками остается пространство с вакуумом. Он играет роль теплоизолятора и проводника энергии. У вакуумных коллекторов площадь поглощения солнечной энергии больше, а поэтому они обладают высоким КПД.

Воздушный коллектор

В работе используется парниковый эффект. Попадающие на покрытие коллектора лучи полностью поглощаются. После получения заряда приемником он начинает нагревать воздух, расположенный во внутренней полости. Этот разогретый воздух направляется в помещение при помощи вентилятора или посредством конвекции естественного типа.

Особенности выбора оборудования

Чтобы выбрать хороший солнечный коллектор для нагрева воды и обогрева, необходимо учесть такие параметры:

  • Плоские модели отличаются повышенной прочностью, но поломка может испортить всю адсорбционную систему. Нагревают воду на 30-40 градусов теплее среды.
  • Вакуумные модификации подвержены воздействию внешних факторов, а их полые трубки очень хрупкие. Отличаются эффективностью в зимний период.
  • Воздушные модели конструктивно просты, не требуют обслуживания, способны работать при низких температурах. Степень прогрева меньше по сравнению с другими моделями.
  • При покупке надо определиться с проектом системы и способом крепления.
  • Вертикальный монтаж выгоден в регионах с большим количеством снега, но КПД при этом будет снижаться.
  • Оптимальный способ монтажа – строго на юг или со смещением до 30 градусов.
  • Номинальная мощность устройства задает выработку тепла при расположении солнца в зените.
  • Для морозных периодов требуется оборудование с повышенным сохранением температурного режима.

Как установить солнечный коллектор

После того как устройство куплено, главным вопросом становится установка и подключение солнечных коллекторов своими руками. При эксплуатации в летний период устройство можно применять для летнего душа и хозяйственных потребностей.

Для организации подачи воды в летнее сооружение бак целесообразно ставить на воздухе, а если обеспечивается водоснабжение дома, то монтаж аккумулирующей емкости производится там же.

При использовании принципа естественной циркуляции жидкости, коллектор ставится ниже уровня бака для горячей воды. Разница в высоте обычно составляет 80-100 см. Движение воды обеспечивается расхождением в плотности воды с разной температурой.

Коллектор соединяется с баком при помощи труб, диаметр которых не меньше 3/4 дюйма. Для стенок бака потребуется теплоизоляция. Применяют минвату слоем 10 см и полиэтилен, который компенсирует отсутствие крыши. Эксперты рекомендуют применять навес, защищающий бак от влаги снаружи.

Если вас интересует пошаговая сборка солнечных коллекторов своими руками, то надо помнить, что естественное движение воды может быть неэффективным, особенно при большом расстоянии между баком и поглощающей солнце поверхностью. Чтобы компенсировать этот недостаток, целесообразно поставить насос циркуляционного типа.

Изготовление коллектора дома

Конструкцию можно соорудить из разных подручных материалов и в домашних условиях, например из старого змеевика от холодильника:

  • Очистите его полностью от фреона, соорудите реечный каркас и резиновый коврик. В каркасе предусмотрите отверстия для трубок змеевика.
  • В донной части каркаса установите коврик и накройте его фольгой.
  • Змеевик крепится болтами с хомутами сверху фольги.
  • Выведите трубки от змеевика в отверстия.
  • Каркас над змеевиком накрывают стеклом и закрепляют его.
  • Трубы из коллектора подсоединяют к баку с вентилем. Из нижнего участка бочки должна выходить труба, по которой охлажденная вода для нагрева будет выводиться к коллектору.

Система для обогрева дома и нагрева воды эффективна и может с успехом применяться на дачных участках. При необходимости устройство может быть собрано и установлено в домашних условиях самостоятельно.

Добавить комментарий