Солнечные коллекторы

Все более актуальным с каждым годом становится вопрос сокращения затрат на энергоресурсы, необходимые для отопления и горячего водоснабжения. Кризис и удорожание энергоресурсов вызывают новый интерес к альтернативным источникам энергии. Развитые страны пошли по пути замещения традиционных энергоресурсов солнечной энергией.

Солнечные коллекторы собирают тепло для того, чтобы нагреть воду. В зависимости от потребности в количестве тепла и горячей воды на крыше здания и южной стороне устанавливаются коллекторы, состоящие из тоненьких трубочек, по которым в бак-аккумулятор подается вода. Солнце нагревает воду, вода накапливается в баке и потом используется для обогрева или горячего водоснабжения. Все гениальное – просто.

В системе могут использоваться:

• плоские солнечные коллекторы (это теплоизолированная застекленная панель, в которой помещена пластина поглотителя с высоко-селективным покрытием. Она собирает солнечную энергию и передает тепло в заполненные жидкостью циркуляционные трубки).
• вакуумные солнечные коллекторы (это набор вакуумных трубок, в которых солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию).
• солнечные водонагреватели (состоит из солнечного коллектора и аккумулятора тепла)
  

Вот пример оборудования коттеджа:

Примерный состав оборудования на 2-х этажный коттедж общей площадью 120м². Энергетическая потребность этого дома за год – 5350 кВт/ч, из них отопление 2300 кВт/ч, горячее водоснабжение 3050 кВт/ч. Площадь солнечного коллектора 42 м². Ежегодно он собирает и отдает 9017 кВт/ч тепловой энергии в аккумулятор объемом 30 м³. На отопление используется 25% энергии, на горячее водоснабжение 34%, возмещение потерь при хранении тепла 41%. Вода для хозяйственных нужд нагревается в баке объемом 3 м³. В качестве изоляционного материала в доме используется минеральная вата толщиной 30 см. Существуют также целые комплексные системы теплообеспечения и электроснабжения зданий с использованием солнечной энергии. Их составляющими являются солнечные коллекторы и солнечные батареи. Такие системы позволяют обеспечить дом не только горячей водой, но и отоплением и электроэнергией. Для автоматизации процесса и обеспечения наиболее эффективного режима работы комплексной системы используется центр управления, построенный на базе микропроцессорного контроллера.

Рассмотрим принцип построения, монтажа и эксплуатации солнечной системы горячего водоснабжения небольшого дома (коттеджа)

На месте коллекторы устанавливаются так, чтобы их поверхность была направлена на юг с допустимым отклонением на восток до 20o, на запад – до 30o. Превышение допустимых отклонений вызывает заметное снижение теплопроизводительности коллекторов. Угол наклона солнечного коллектора к горизонту является постоянным и выбирается в зависимости от условий работы системы. Для системы, работающей круглый год ,угол наклона коллектора равен географической широте места установки, для работающей только в летний период – широте местности минус 15o, и для работающей только в зимний период – широте местности плюс 15o. При работе в составе систем теплоснабжения солнечные коллекторы не требуют постоянного наблюдения и регулярного обслуживания, кроме периодических внешних осмотров с целью контроля герметичности соединений (не менее одного раза за сезон) и периодической очистки светопоглощающих поверхностей, предотвращающей неизбежное при загрязнении падение эффективности. Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 600 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы). Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м². Солнечный коллектор имеет площадь в 2 кв.м. Сторона, обращенная к солнцу, покрыта специальным светопоглащющим слоем и имеет практически 95% поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление 5 см минеральной ваты. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи минеральной ваты равен 0,035 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры например в 50 градусов, получим потери равные 0,035/0,05 * 50 = 35 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Из-за специального селективного покрытия и правильно подобранного расстояния между стеклом и абсорбером излучение тепла и конвекция воздуха будут минимальны. Итого примем теплопотери двухметрового солнечного коллектора равными 100 Вт.

Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м², вычитаем теплопотери и получаем величину 700Вт/м². Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*град. Соотношение между тепловыми Ваттами и Джоулями таково: 1 Ватт*час = 3600 Дж. Т.е. на нагревание 1 кг воды (1 литра) на один градус требуется примерно 1,16 Вт. Исходя из этих величин, мы можем вывести условную величину для солнечного коллектора, площадью в 2 кв.м. 1400 / 1,16 = 1206,9. Для удобства будет ее считать = 1200 /кг*град. Формально, это соотношение, сколько килограммов воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе площадью в 2 м². Конечно, тут не учтены все теплопотери коллектора. Ведь по мере его разогревания, он начинает излучать конвекционное тепло и со своей лицевой поверхности. Цифру 1200 можно считать действительной только для температур в пределах 10-70 градусов. Итак, посмотрим, что значат эти 1200 /кг*град. Это значит, что солнечный водонагреватель нагреет за 1 час: 250 литров на 5 градусов, 2 коллектора - на 10 градусов; 200 литров на 6 градусов, 2 коллектора - на 12 градусов; 100 литров на 12 градусов; 50 литров на 24 градусов. Средняя продолжительность светового дня составляет 6 часов в сутки. Летом это величина больше, зимой, соответственно, меньше. Кроме простоты изготовления, другое не менее важное достоинство заключается в том, что в отличие от солнечных батарей, коллектор способен уловить и преобразовать в тепло более 90% попавшего на него солнечного излучения, и даже при лёгкой облачности его КПД превосходит КПД солнечной батареи.

1) Солнечный коллектор 2) Внутренний блок 3) Бак бытовой горячей воды 4) Адаптер 5) Насос солнечного коллектора

Солнечная радиация нагревает незамерзающую жидкость, циркулирующую по солнечному контуру. Циркуляция обеспечивается электрическим насосом, мощностью 50 вт. Циркуляционный насос работает при температуре воды в теплообменном аккумуляторном баке ниже 80 градусов Цельсия (защита бака от разрыва при кипении), и одновременно при условии, что температура жидкости на входе из солнечного контура в бак выше температуры воды в баке. В системе применены медные трубы для жидкости, т.к. в солнечных коллекторах используется медь, давление жидкости в солнечном контуре должно быть в пределах 4-5 атмосфер. Для поддержания давления предусмотрен расширительный бак. При сильном солнце температура на выходе коллекторов достигает 220 градусов Цельсия. Для уменьшения потерь тепла при передаче его к баку, их необходимо хорошо утеплить. Для предотвращения разрыва труб и соединений предусмотрен предохранительный клапан. Тепло от солнечных коллекторов поступает в теплообменный контур бака и нагревает воду контуров отопления и горячего водоснабжения. В зависимости от типа и характеристик выбранного оборудования, системы солнечных коллекторов окупают себя в срок от 3-х до 5-ти лет.

Объем нагреваемой воды: 125 л.

Количество проживающих людей: 2 чел.

Потребление горячей воды 60⁰С на человека: 30-40 л

Начальная темпреатура воды: 10⁰С

Конечная температура воды: 70⁰С

Условный световой день: 10 ч.

Примерная стоимость двухконтурной системы с принудительной циркуляцией 42.500 рублей

Технические характеристики накопительных бойлеров солнечной установки

• Емкость: 300 л - 400 л
• Диаметр без изоляции: 50 мм 600 мм
• Изоляция: 80 мм 80 мм
• Высота без изоляции: 1757 мм 1710 мм
• Подсоединение холодной воды: 115 мм 129 мм
• Возвратная магистраль контура солнечной установки: 185 мм 210 мм
• Подающая магистраль контура солнечной установки: 585 мм 600 мм
• Возвратная магистраль подогрева: 950 мм 965 мм
• Циркуляция: 1050 мм 1065 мм
• Подающая магистраль подогрева: 1220 мм 1261 мм
• Подсоединение горячей воды: 1757 мм 1710 мм
• Контрольный фланец: 770 мм 770 мм
• Коэффициент эффективности NL1/соответствующая производительность котла: 1,5/7 кВт 2/11 кВт
• Теплопотери в режиме ожидания1 2,87 кВтч/24 ч 3,27 кВтч /24 ч
• Рабочее давление (резервуар): 10 бар 10 бар
• Рабочее давление (трубы): 16 бар 16 бар
• Рабочая температура (резервуар): 95 ° C 95° C
• Рабочая температура (трубы): 110° C 110° C
• Теплообменник солнечной установки: 1,2 м² 1,5 м²
• Теплообменник отопительной системы: 0,7 м² 1 м² (электронагревательный элемент - дополнительно).

Технические характеристики накопительного бойлера солнечной установки

• Емкость: 700 л - 1000 л
• Объем воды для бытовых нужд / резерв: 163 /108 л 229/161 л
• Диаметр без изоляции: 750 мм 800 мм
• Изоляция: 120 мм 120 мм
• Высота без изоляции: 1805 мм 2105 мм (Электронагревательный элемент дополнительно): 1100 мм 1260 мм
• Возвратная магистраль контура солнечной установки: 133 мм 150 мм
• Возвратная магистраль контура отопления: 315 мм 375 мм
• Подающая магистраль контура солнечной установки: 745 мм 765 мм
• Возвратная магистраль системы отопления: 825 мм 890 мм
• Подающая магистраль контура отопления: 1020 мм 1140 мм
• Возвратная магистраль подогрева: 1100 мм 1165 мм
• Подающая магистраль подогрева: 1525 мм 1260 мм
• Подсоединение горячей воды: 1775 мм 2085 мм
• Подсоединение холодной воды: 1775 мм 2085 мм
• Коэффициент эффективности NL1/соответствующая производительность котла: 1,6/15 кВт 3,2/20 кВт
• Теплопотери в режиме ожидания: 2 2,7 кВтч /24 ч 3,2 кВтч /24 ч
• Рабочее давление (вода для бытовых нужд): 10 бар 10 бар
• Рабочее давление (теплообменник): 16 бар 16 бар
• Рабочая температура (резервуар): 0-95° C 0-95° C
• Рабочая температура (трубы): 110° C 110° C
• Теплообменник солнечной установки: 2,2 м² 2,4 м²

Совместная работа ветроустановки и солнечного электрического модуля показывают очень хорошие результаты в условиях средней полосы России, а в южных регионах страны доля энергии, вырабатываемой солнечной батареей даже превышает долю ветроустановки. Наша компания осуществляет монтаж, настройку систем и оборудования, установку программного обеспечения. После установки и наладки проводит инструктаж по работе с системами, оборудованием и дальнейшее сервисное обслуживание. Все поставляемые компоненты протестированы на совместимость при совместном монтаже и использовании. Все оборудование имеет гарантию и постгарантийное сервисное обслуживание. Вся продукция сертифицирована на соответствие Российским стандартом, что дает гарантию качества. Оборудование максимально унифицировано.

Мы предлагаем компактные, мобильные, полностью автоматизированные, экологически чистые источники электрической энергии.