Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией
Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:
Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет
Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).
Окупаемость
Окупаемость затрат на оборудование целесообразно рассматривать при круглогодичной эксплуатации и применении для отопления, получения горячей воды для повседневных нужд.
Расходы при сезонном использовании начнут возвращаться сразу, особенно если коллектор установлен на даче и служит больше для выработки горячей воды. В этом случае будет больше интересовать соотношение «цена — производительность». На одного члена семьи будет достаточно около 1,5м² площади плоского коллектора.
Горячая вода очень необходима тем семьям, у которых есть маленькие дети и тут, гелиоустановка очень пригодится. Но и остальным члена семьи будет приятно принять горячий душ после праведных трудов на своём участке. Значительно облегчится мытьё посуды и стирка вещей. Поэтому вопрос об окупаемости можно перефразировать в вопрос необходимости солнечного коллектора для получения горячей воды.
Использование устройства для почти полноценного отопления здания или хотя бы сокращение потребления газа, угля, электричества потребует серьёзных предварительных расчётов об экономической составляющей оборудования и его монтажа.
Этапы:
- Определение количества солнечной тепловой энергии в месте расположения дома. Такие данные можно найти в справочной литературе, интернете, но более точные сведения имеются в местных метеослужбах. Причём, они располагают многолетними наблюдениями, поэтому можно вычислить среднее значение, которое использовать в своих дальнейших расчётах.
- Уточняются зоны, где будет производиться отопление, — сами понимаете, что сени, кладовки и подобные хозяйственные помещения обогревать не целесообразно. Но, — детские комнаты потребуют более тщательного нагрева, нежели кухня или гостиная.
- Примерная полезная площадь коллектора для отопления 1м² помещения составляет 0,4–0,5м². Эта цифра приведена для умеренных широт. На юге потребуется около 0,2–0,3м², в северных областях 0,6–0,8м². Уже из этих цифр видно, что гелиоустановку в местах с суровым климатом, можно использовать как вспомогательный источник тепла, иначе затраты на оборудование окажутся очень большими.
- Для отопления 100м² площади дома в средних широтах понадобится трубчатый коллектор с эффективной площадью 40–60м². Полный комплект (оборудование отечественное), включая два бака по 300 литров, насосы и систему управления, вместе с монтажом стоит около 450000 рублей.
- На 100м² в течение года необходимо около 120000МДж тепла.
Усреднённая стоимость тепловой энергии:
- газовый котёл, — около 0,35–0,40руб. за 1МДж тепла, в год 42000–48000руб;
- электрокотёл, — примерно 0,9–1,10руб за 1МДж тепловой энергии, в год 108000–132000руб;
- гелиоэнергия, — почти бесплатно, только расходы на питание электронасоса, — за год набежит 5000–6000руб.
То есть для коллектора все расходы, это небольшие затраты на насос. Отсюда следует, за какое время, по сравнению с другими системами, вернутся вложенные деньги, и начнётся чистая экономия.
Средняя стоимость газового котла с установкой составит около 350000 рублей, электрокотла – 10000 рублей.
За 20 лет общие расходы составят:
- газовое отопление, 20лет * 42000руб/год + 350000руб = 1190000руб.;
- электрокотёл, 20лет * 108000руб/год + 10000руб. = 2170000руб.;
- гелиоустановка, 20лет * 6000руб/год + 450000руб = 570000руб.
Видно, что прошествии 6–8лет солнечный коллектор вернёт деньги и начёт экономить. Но были взяты идеальные условия, к тому же, не учитывалось потребление горячей воды на повседневные нужды. С учётом всех факторов, реальный срок окупаемости для средних широт наступит через 11–12лет.
Большой минус гелиоустановки – это большие одноразовые финансовые вложения. Снизить их поможет поэтапное добавление секций коллекторов, но тогда при проектировании системы отопления, необходимо предусмотреть это в общей конструкции.
В принципе, использование солнечного излучения для обогрева дома и получения горячего водоснабжения, на современном этапе развития технологий оправдано для нескольких случаев:
применение солнечных коллекторов плоского типа для сезонной эксплуатации на садово-дачных участках;
вакуумная конструкция сможет обеспечить теплом весь дом в условиях достаточно мягкого климата, для умеренных и северных широт такой вид отопления целесообразно рассматривать в качестве вспомогательного, из-за достаточно дорогостоящего оборудования;
очень хорошо солнечный коллектор любого типа сочетается с геотермальным отоплением, — летом он может давать тепло в грунт, который будет его аккумулировать и отдавать зимой.
1 Конструкция и принцип работы
Отопление дома с помощью преобразования солнечной энергии в электрическую используется, как правило, в качестве дополнительного источника тепла, а не основного. С другой стороны, если установить конструкцию большой мощности, а все приборы в доме переоборудовать под электричество, тогда можно обойтись только солнечным коллектором.
Но стоит помнить, что отопление с помощью солнечных коллекторов без дополнительных источников тепла возможно только в южных регионах. При этом панелей должно быть достаточно много. Их необходимо располагать таким образом, чтобы на них не падала тень (например, от деревьев). Размещать панели следует лицевой стороной в направлении, максимально освещаемом солнцем на протяжении всего дня.
Хоть сегодня существует много разновидностей таких устройств, принцип работы у всех одинаковый. Любая схема забирает солнечную энергию и передаёт её потребителю, представляя собой контур с последовательным расположением приборов. Комплектующими, производящими электроэнергию, являются солнечные батареи или коллекторы.
Коллектор состоит из трубок, которые последовательно соединены со входным и выходным отверстием. Также они могут располагаться в виде змеевика. Внутри трубок находится техническая вода или смесь воды и антифриза. Иногда они наполняются просто воздушным потоком. Циркуляция осуществляется благодаря физическим явлениям, таким как испарение, изменение агрегатного состояния, давление и плотность.
Если система будет эксплуатироваться только осенью и весной, то в качестве теплоносителя можно использовать воду. Но в зимнее время её необходимо заменить на смесь антифриза и воды. В классических конструкциях роль теплоносителя играет воздух, который движется по каналам. Их можно сделать из обычного профлиста.
Если коллектор необходимо устанавливать для обогрева небольшого здания, которое не подключено к автономной системе отопления частного дома или централизованным сетям, то подойдёт простая система с одним контуром и нагревательным элементом в её начале. Схема простая, но целесообразность её установки оспаривается, так как работать она будет только солнечным летом. Однако для её функционирования не потребуются циркуляционные насосы и дополнительные нагреватели.
При двух контурах всё гораздо сложнее, но количество дней, когда станет активно вырабатываться электроэнергия, увеличивается в несколько раз. При этом коллектор будет обрабатывать только один контур. Большая часть нагрузки возлагается на одно устройство, которое работает на электроэнергии или другом виде топлива.
Что такое гелиосистема
Гелиосистема — устройство, позволяющее преобразовывать солнечную энергию в тепловую или электрическую. По этому признаку, системы делятся на два вида.
- Система теплоснабжения – установка, реализующая технологию солнечного коллектора. Конструкция преобразует световую энергию в тепловую, а тепловая энергия, в свою очередь, используется для обогрева и организации снабжения горячей водой.
- Система энергоснабжения – типичный представитель – солнечная батарея, являющая собой совокупность полупроводников, преобразующих солнечную энергию в электрическую.
Второй вид является более универсальным, но, как указывается в отзывах, альтернативные источники энергии предпочтительнее использовать для отопления, так как последние требуют меньшей мощности.
Гелиосистема для теплоснабжения состоит из солнечного коллектора, резервуара-аккумулятора, теплоприемника и, собственно, системы отопления. Теплопередачу обеспечивает движение незамерзающего теплоносителя.
Коллекторы бывают двух типов:
- Плоские – панели, содержащие абсорбирующее вещество, защищенное закалённым призматическим стеклом и располагающееся на слое термоизоляции. Незамерзающая жидкость циркулирует по полиэтиленовым или медным трубкам коллектора, и, нагреваясь до нужной температуры, передается в бак. На этой фотографии показан пример расположения коллектора на крыше
- Трубчатые или вакуумные коллекторы представляют собой панель, состоящую из трубок. Трубка имеет двойную структуру: внешняя часть трубки прозрачная, внутренняя покрыта абсорбером, между ними находится вакуум. Такая конструкция позволяет сохранить больше энергии (до 95%).
Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией
Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:
Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет
Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).
Гелиосистема своими руками
При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.
Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.
К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.
Термосифонная гелиосистема
Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.
Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:
Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:
- Две емкости (бочки), одна из которых служит накопителем холодной воды и располагается несколько выше конвектора и второй емкости, служащей распределителем нагретой воды.
- Система труб, обеспечивающих соединение всех элементов конструкции в единое целое.
- Конвектор, который собирается из подручных средств.
Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).
Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.
Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.
Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.
Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.
В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.
Воздушная гелиосистема
Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.
Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.
Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.
Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:
Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.
Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.
При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.
С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.
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.
Преимущества и недостатки солнечной отпительной системы
К преимуществам, которыми может похвастаться эта система отопления, можно отнести и такие:
- экономия на топливе;
- простота использования;
- каждый раз дешевле стоимость фотоэлементов, а затем самой системы и ее монтажа;
- экологическая безопасность;
- отсутствие затрат на ремонт и дополнительное обслуживание;
- нет неприятных запахов, звуков;
- можно самостоятельно контролировать продолжительность отопительного сезона.
Объективности ради стоит также указать и на те недостатки, которые свойственны для солнечной системы отопления.
Это в частности такие:
- зависимость от погоды (в солнечный день производится больше энергии, а в пасмурний меньше);
- пока дорогой монтаж;
- расчет всех элементов и соединений должен быть профессиональным и максимально точным.
Принцип работы солнечных коллекторов
Если кратко, то солнечные коллекторы направлены на захват тепловой солнечной энергии, ее концентрацию и последующее направление на человеческие нужды.
Рассмотрим, из чего состоит солнечный коллектор:
- Коллекторная система состоит, собственно, из коллектора, контура для теплообмена и теплового аккумулятора (обычного водяного бака).
По солнечному коллектору происходит циркуляция теплоносителя (жидкости). В нем теплоноситель нагревается от солнечной энергии.
Затем передают добытую энергию посредством теплообменника, вмонтированного в бак-аккумулятор, воде в баке.
- В баке нагретая вода хранится вплоть до ее использования, к примеру, на отопление дома солнечными коллекторами, а также другие хозяйственные нужды.
Для более продолжительного сохранения воды в нагретом состоянии, бак должен обладать качественной теплоизоляцией. - Циркуляция воды в солнечном коллекторе может производиться как естественным, так и принудительным способом.
- В бак-аккумулятор также может быть вмонтирован дублирующий электронагреватель, который при необходимости будет автоматически включаться, чтобы нагреть воду до заданной температуры при устоявшейся пасмурной погоде либо непродолжительном солнцестоянии в зимний период.
Принцип работы солнечного коллектора
Хоть принцип работы солнечного коллектора для нагрева воды и обогрева дома для всех типов гелиоустановок одинаков (Солнце греет адсорбер, который передает энергию носителю), при покупке системы следует учесть характеристики оборудования.
Для северных областей плоские системы будут малоэффективны в связи с тем, что среднегодовой уровень инсоляции там ниже, как и температура воздуха. Поэтому на севере применяют вакуумные коллекторы, работающие с минимальной потерей тепла. Но чем короче световой день, тем ниже продуктивность системы. Также на КПД оборудования влияют погодные условия региона, угол наклона и место, где установлен коллектор, площадь отапливаемого помещения.
Как работает солнечный коллектор зимой
Одна из причин, по которой жители России с опаской относятся к гелиосистемам — уверенность в том, что гелиоколлектор зимой работать не может. Но вакуумные системы справляются со своей задачей. Они способны аккумулировать рассеянную солнечную радиацию даже в пасмурную погоду, не теряют тепловую энергию и отличаются приличным КПД.
Владельцы плоских гелиосистем описывают ряд проблем, с которыми им пришлось столкнуться в холодное время года.
- Пластину часто засыпает снегом, особенно в безветренную погоду.
- Имеют место большие теплопотери из-за низкой температуры.
- Физическое повреждение градом.
Неудобства исчезают, когда речь заходит о вакуумном коллекторе.
- Снег на нем задерживается редко, только при сильном обледенении.
- Безвоздушное пространство позволяет сохранить 95% энергии.
- Многократные тесты на ударопрочность подтвердили, что вакуумная трубка устойчива даже к граду, диаметр которого составляет 35 мм, а скорость падения около 18 м/с.
Единственное, что нужно учитывать, — накопительный бак необходимо размещать в теплом помещении либо оборудовать дополнительной теплоизоляцией.
Где лучше размещать солнечный коллектор
Выбирая место для монтажа гелиосистемы, необходимо подобрать точку, наиболее освещаемую солнцем. Идеально, если это южная сторона дома. Но если такой возможности нет, для установки подойдет место, куда в течение дня не будет попадать тень от деревьев, домов по соседству, рекламных щитов и т. д.
Гелиоколлекторы, эксплуатируемые для промышленных целей, могут располагаться в открытом поле, но при условии, что на них не будет попадать грязь, налипать снег и падать тень.
Что нужно знать о мощности гелиоустановки
Мощность гелиосистемы, которая необходима в том или ином случае, зависит от:
- региона, в котором эксплуатируется оборудование;
- нужд владельца — ГВС, отопление или то и другое;
- роли коллектора — основное это оборудование или дополнительное;
- места установки и уровня наклона конструкции;
- площади помещения;
- сезона эксплуатации.
Определить нужную мощность позволяет формула:
Pv = sin A x Pmax x S
Где Pmax — среднегодовой показатель инсоляции на 1 м2 , определенный для конкретного региона;
S — поглощающая площадь оборудования, указанная производителем;
A — уровень наклона плоскости панели по отношению к югу.
При выборе модели нужно ориентироваться на степень мощности оборудования в самое продуктивное время года — летом. Брать систему «с запасом» не стоит — излишняя выработка тепловой энергии может стать губительной для гелиосистемы.
Как защитить гелиоколлектор от перегрева
При возникновении ряда обстоятельств солнечный коллектор может перегреться. Это явление называется стагнацией. Обычно такая ситуация возникает, когда владельцы резко сокращают потребление горячей воды, что приводит к избытку тепловой энергии, повреждающей систему.
Решить вопрос со стагнацией можно несколькими способами.
- Установить дополнительный резервуар для горячей воды.
- Использовать излишки для подогрева бассейна.
- Сбросить нагревшуюся воду небольшими порциями в грунт.
- Закрыть накопитель от лучей. Для этого заранее монтируются автоматические роллеты.
Еще одна распространенная причина перегрева гелиоколлектора — внезапное отключение электричества в солнечный день. Насос отключается, циркуляция останавливается, тепловая энергия накапливается. Проблему решает установка бесперебойного источника питания.
Как выбрать гелиоустановку для отопления и горячего водоснабжения жилого дома?
Выбор гелиосистемы является важным шагом, определяющим эффективность ее работы и вложения денег. Надо определить, какая нужна гелиосистема, цена и размер, тип солнечных коллекторов и прочие параметры комплекса.
Необходимо подобрать конструкцию и комплектацию системы, руководствуясь следующим критериями:
- уровень солнечной активности в регионе;
- количество тепловой энергии, необходимое для обогрева дома;
- установить приоритет солнечной энергии в отоплении дома — либо гелиоустановка служит в качестве основной системы, либо как дополнение.
Определившись с главными факторами, можно приступать к выбору оптимального варианта конструкции и объема системы.
До 100 м2
Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м. может служить основным источником тепловой энергии. Основной задачей станет правильный выбор конструкции солнечных коллекторов, чтобы имелась возможность получать максимальное количество тепла.
Необходимо произвести расчет с учетом этажности и конфигурации дома, количества солнечных дней в году, параметров теплоносителя в системе. Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м., цена которой может составлять от 18 тыс. руб. до 180 тыс. руб. и выше, вполне способна обеспечить обогрев дома, если будут соблюдены все необходимые условия.
До 200 м2
Для дома площадью 200 м 2 гелиосистема может стать только дополнительным источником обогрева. Обычно пик использования таких установок приходится на осенний и весенний период, когда солнечного тепла достаточно, но потребность в обогреве дома существует.
Конструкционных отличий для таких систем практически не имеется, только накопительный бак является общим с основной отопительной линией дома. Специалисты утверждают, что использование гелиоустановок в весенний и осенний периоды позволяет снизить нагрузку на отопительные системы примерно на 30-40%.
Установка коллектора
Сложность эксплуатации солнечной системы в том, что эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом, времени года и суток, наличия облачности, влажности и температуры окружающего воздуха. Солнечный коллектор для отопления помещения в горизонтальной плоскости должен быть ориентирован строго на юг. Отклонения в сторону запада или востока допускаются в пределах 40°. При этом эффективность установки снизится примерно до 20 %. Важную роль играет угол наклона, который должен составлять от 35 до 45°.
Самым разумным вариантом является на стадии проектирования нового жилища предусмотреть, что на крышу будет установлен солнечный коллектор. Цена на подобное оборудование значительно выше, чем на привычное паровое отопление. Но затраты с лихвой оправдаются последующей эксплуатацией. Срок окупаемости, если дом утеплен в соответствии со всеми нормами и правилами, в среднем составляет пять лет.
Расчет мощности системы
У солнечного коллектора и электростанции принципы действия сильно отличаются. Если первая система нагревает теплоноситель, то вторая предназначена для получения электроэнергии. Рассмотрим каждый из этих расчетов.
Расчет мощности солнечного коллектора для частного дома.
При расчете мощности солнечного коллектора для частного дома необходимо использовать показатель инсоляции – сколько солнечной энергии попадает на 1 м2 площади в год. Для каждого региона он свой. К примеру, для Москвы – 1020 кВт*ч/м2, для Владивостока 1289 кВт*ч/м2. Если для расчетов брать инсоляцию в самый холодный месяц года, то система летом будет сильно перегреваться. Возникнут потери антифриза, потеряют свойства уплотнения, и система может выйти из строя. Поэтому применение системы обогрева, основанной только на солнечном коллекторе, не будет эффективной.
Оптимально соединить стандартную систему отопления, и солнечную, это поможет сократить затраты на электроэнергию до 45% за год, в зависимости от региона.
Трубчатый коллектор для частного дома
Также, в расчетах применяется апертура – эффективная площадь поглощения инфракрасного излучения под прямым углом. Рассчитывается она просто – длина трубки умножается на её диаметр, в метрах.
А(апертура) = L(длина трубки)*D(диаметр)
Приведем пример. Одна трубка длиной 1,6 м, и диаметром 58 мм. Апертура будет составлять:
А = 1,6 * 0,058 = 0,0928 м2
Возьмём среднегодовую инсоляцию для Москвы – 101 кВт*ч/м2, и зная эффективную площадь трубки, посчитаем, сколько энергии она может получить от Солнца в год, в этом регионе
W = 0.0928 * 1020 = 94.656 кВт*ч
При этом, примерный КПД трубки 80%, следовательно, показатель уменьшится, и станет равным 75,72 кВт*ч. В день:
W = 75.72 / 365 = 0.207 кВт/день
Данный расчет приблизительный, так как вырабатываемая мощность также зависит от климатических условий, угла наклона, особенностей монтажа коллектора, потерь тепла в трубопроводах.
Зимой уровень солнечной активности низок, а энергии на отопление требуется больше. Летом обратная ситуация. При использовании гибридной системы отопления, потребуется меньше затрат на покупку мощной гелиосистемы, но при этом жители дома не рискуют остаться без тепла, и система останется устойчивой в любое время года. Для отопления рекомендуется закладывать пропорцию: 30% мощности – солнечное отопление, 70% — стандартное отопление, газом или электричеством.
Допустим, для отопления дома требуется 5кВт/день. Посчитаем количество трубок в коллекторе:
С = 5000/207 = 24 шт
То есть для отопления дома, потребуется примерно коллектор из 24 трубок, эффективной длины 1,6 м, диаметром 58 мм. Расчеты примерны, и для каждого отдельного дома, производителя оборудования, климатической зоны, цифры будут разниться.
