Сонячні системи опалення види, конструкція, переваги

Конструктивні особливості сонячних батарей

Сонячні системи опалення на даному етапі розвитку опалювального обладнання є останньою інновацією, яка була широко прийнята в світі і отримала визнання і популярність завдяки привабливому поєднанню вартості і ефективності. Головним питанням, яке турбує споживачів, є можливість економії в зимовий період за умови короткого світлового дня. Для отримання відповіді варто розглянути докладніше конструкції систем опалення та їх види.

Конструктивні особливості сонячного колектора

Сонячні колектори є ключовими елементами систем теплопостачання на основі сонячного світла. Саме в них відбувається перетворення енергії в спожите тепло. Їх технічна досконалість і вартість визначають ефективність роботи системи теплопостачання та економічні показники.

У конструкціях теплопостачання застосовується в основному два типи колекторів: вакуумний і плоский. Плоскі конструкції складаються з корпусу, абсорбера, прозорого огородження і теплової ізоляції. Корпус - основна несуча конструкція- прозоре огородження пропускає сонячну радіацію всередину, зменшує теплові втрати з лицьового боку і захищає абсорбер від впливу зовнішнього середовища. Абсорбером поглинається сонячна радіація, і по трубках, які з`єднані з теплопріемной поверхнею, тепло передається теплоносію. Головна мета теплової ізоляції полягає в зменшенні теплових втрат з бічної і тильної поверхні колектора.

Схема сонячної батареї.

Теплопріемние сонячні поверхні абсорбера володіють селективним покриттям, що має високий коефіцієнт поглинання як у видимій, так і ближній інфрачервоній області сонячного спектра, а також низьким коефіцієнтом випромінювання в області спектра, який відповідає робочим температурам колектора. Кращі сучасні сонячні колектори мають коефіцієнт поглинання в межах 94-95%, коефіцієнт випромінювання в межах 3-8% і перевищують ККД в області робочих температур на 50% в порівнянні з типовими конструкціями теплопостачання.

Сучасні сонячні колектори рідко використовують неселективне чорне покриття абсорбера через високі втрат на випромінювання. У конструкціях вакуумних колекторів кожен елемент абсорбера поміщають в окрему скляну трубу. Усередині труби створюється вакуум, тому втрати тепла за рахунок теплопровідності і конвекції повітря придушуються повністю. Завдяки селективного покриття на поверхні абсорбера відбувається мінімізація втрат на випромінювання. В результаті показники ККД вакуумного колектора значно вище, ніж при використанні конструкції плоского колектора.

Принцип роботи колекторної конструкції в системі опалення

Сонячні геліосистеми застосовують для обігріву будинків з використанням антифризу або води в системі опалення. Нагрівання системи опалення здійснюється в тому випадку, якщо температура води, яка знаходиться в нижній частині накопичувача, нижче в порівнянні з температурою колектора. Вбудований насос, який є обов`язковим елементом конструкції, переміщує воду по системі. В процесі колектор нагрівається до певної температури, і завдяки теплообміннику відбувається нагрів води в накопичувачі.

Схема опалення на сонячній енергії.

Роль змішувача полягає в зміні напрямку води в системі, що забезпечує заміну теплої води з накопичувача остигає з системи опалення. Якщо мова йде про систему з природною циркуляцією води, то заміна води в баку здійснюється за рахунок розширення теплої води, яка при нагріванні піднімається вгору і виштовхує холодну воду в нагрівальний бак.

Оптимальна робота геліоколектора здійснюється в тому випадку, якщо накопичувач володіє теплоізоляційним шаром розміром не менше 25-30 см. Крім того, фахівці рекомендують встановлювати резервуар прямокутної форми, в якому вода рівномірно розподілиться на теплові зони, що гарантує більш повноцінну роботу системи.

Опалення приватного будинку сонячними колекторами

Установка геліосистеми може допомогти знизити витрати на енергію на 50-90%. Робота системи здійснюється в будь-який час року, проте найбільш ефективною вона буде в період весна-осінь. Підбираючи колектор з метою опалення взимку, необхідно провести точний розрахунок кількості теплової енергії та оптимальної площі геліосистеми в цілому, враховуючи тільки зимовий період, оскільки саме при низьких температурах споживання енергії значно збільшується.

Схема сонячної вакуумної системи опалення котеджу.

У більшості випадків сонячні колектори використовуються в якості додаткового джерела обігріву. При правильній теплоізоляції будівлі можливо і автономне використання системи.

Сонячні системи опалення можуть організовуватися за допомогою природної циркуляції води завдяки конвекційним потокам. Даний вид систем менш ефективний через пасивну циркуляції води. Бак повинен розміщуватися вище колектора і примикати до нього.

Опалювальні системи з примусовою циркуляцією використовують електричні насоси, завдяки інтенсивному руху води по системі здійснюється більш ефективне використання самої геліоустановки. Установка залежить від електроенергії, за рахунок якої працюють автоматика і насос, і більш вимоглива до обслуговування.

Як підключити колектор

Підключення такого колектора до системи з примусовою циркуляцією здійснюється з використанням автоматики. На основі даних датчиків температури контролери керують роботою насоса, вимикають його при досягненні водою температури заданих показників. Датчики температури розміщують на виході колектора, баку-накопичувачі і обратке. Фахівці рекомендують до такої системи підключати додаткові джерела обігріву: твердопаливні або газові котли.

Встановлюючи системи, пам`ятайте, що місце розташування колектора по відношенню до сонця і його рівень мають істотний вплив на ступінь нагрівання води.

Рекомендується встановлювати сонячні колектори так, щоб більшу частину світлового дня вони розташовувалися під прямими сонячними променями. Якщо опалювальної конструкцією не передбачені інші додаткові джерела обігріву, для ефективного опалення будинку в холодну пору необхідно встановлювати бак об`ємом в 40 м ?, оскільки ефективність обігріву в похмурі дні невисока.

Розрахунок площі сонячних колекторів повинен враховувати сторону і нахил даху, на якій буде встановлюватися конструкція, рівень сонячної радіації для даного регіону і обсяг накопичувача. Тому розрахунок і проектування систем опалення варто довірити кваліфікованим фахівцям.

Переваги сонячної системи опалення

1. Для пасивного сонячного опалення характерна відсутність механічних пристроїв і здатність знизити витрати на обігрів будинку практично наполовину.
2. Безпека експлуатації, в тому числі екологічна.
3. Естетичний зовнішній вигляд і можливість підбору з урахуванням особистих характеристик і параметрів.
4. Тривалий експлуатаційний термін.

Особливості експлуатації сонячного опалення

1. Ефективності сонячної системи для опалення будинку зможе функціонувати лише на територіях з великою кількістю сонячних днів.
2. Перш ніж прийняти рішення про встановлення сонячної системи, необхідно провести ряд заходів з утеплення житлового будинку.
3. Найбільш оптимальним рішенням стане установка комбінованої системи опалення. яка буде складатися з сонячних батарей і газового або електричного опалення. У цьому випадку конструкція сонячних батарей інтегрується в існуючу систему опалення.
4. При розрахунку необхідно враховувати той факт, що максимальна інтенсивність інсоляції досягається в середині дня, тому площині сонячних батарей повинні орієнтуватися на південь. Відхилення можливо на південний схід або південний захід.
5. На конструкцію сонячних батарей не повинна падати тінь від сусідніх будівель або дерев. Колектор здатний максимально поглинати енергію, коли він розміщений під прямим кутом до інсоляції, тому батареї розміщуються під нахилом, який дорівнює географічній широті місцевості.
6. Збільшення кута нахилу колектора в зимовий час дозволяє підвищити ефективність, проте в літній час, коли сонце знаходиться високо, неминучі втрати енергії.