Когда то давно наши предки использовали для отопления своих жилищ дрова, затем на смену им пришел уголь, который, в свою очередь, вытеснил газ. Сегодня, в эпоху новых технологий и альтернативных источников энергии, владельцы частных домов все больше внимания обращают на такие устройства, как солнечные коллекторы. Их предназначение – аккумулировать энергию солнечного света и преобразовывать ее в тепло. В какой-то степени подобные приборы напоминают солнечные батареи, однако, принцип действия у них все же другой. Предлагаем поговорить на эту тему более подробно.
Принципиальное устройство солнечного коллектора
Система для нагревания воды и отопления очень проста и состоит по сути из двух основных элементов: собственно солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Коллектор представляет собой трубки, наполненные теплоносителем, в роли которого выступает антифриз. Он нагревается за счет солнечного света, после чего в ходе циркуляции по замкнутому контуру передает выработанную тепловую энергию в теплообменник, от которого уже нагревается вода в отопительном баке.
Циркуляция может осуществляться естественным или принудительным образом. В первом случае движение теплоносителя обеспечивается за счет естественной конвекции, для чего бак должен находиться выше коллектора. Для принудительной циркуляции используется насос. Как правило, устройства первого типа применяются для обеспечения горячей водой небольших домов, тогда как системы с принудительной циркуляцией отличаются гораздо более высокой производительностью, так что на них можно одновременно организовать отопление и водоснабжение довольно большого коттеджа.
Кроме того, в бак часто устанавливают дополнительный нагревательный элемент, задача которого – дублировать систему в дни с неблагоприятными погодными условиями. Подобные устройства обычно снабжают и термостатом, который включает систему при понижении температуры воды до определенной отметки.
Виды коллекторов
Модификаций солнечных коллекторов на сегодняшний день разработано очень много, но все их можно разделить на два основных типа: с плоским элементом и с вакуумной трубкой. Плоский коллектор представляет собой трехслойную конструкцию, состоящую из специального элемента, который поглощает солнечную энергию, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя.
Подобные изделия характеризуются низкой ценой, однако, эффективно работать они могут только в теплый период года. Зимой их производительность заметно падает, из-за больших теплопотерь. Также к недостаткам плоских коллекторов стоит отнести сложность их монтажа.
Вакуумные трубки устроены сложнее, но зато и эффективность их на порядок выше. Работают они по принципу термоса. Прозрачная внешняя стенка пропускает солнечные лучи, которые попадают на внутреннюю трубку. Между ними имеется вакуумная прослойка, которая не препятствует прохождению света, но зато отлично удерживает вырабатываемое антифризом тепло. Таким образом, благодаря более сложной конструкции теплопотери вакуумных трубок снижаются до 5 %. Соответственно, КПД подобных устройств гораздо выше – они способны вырабатывать тепло даже при температуре 30 градусов ниже нуля и в условиях плохой освещенности, то есть при пасмурной погоде. Однако, есть у вакуумных трубок и свои недостатки. Так, например, устанавливать их следует обязательно под определенным углом, что иногда создает значительные трудности при монтаже системы. Еще один минус – неспособность самоочищаться от снега. Не стоит забывать и о цене, которая намного выше, чем у коллекторов с плоским элементом.
Эффективность коллекторов в средней полосе России
Долгие годы считалось, что подобные технологии могут применяться лишь в южных регионах, а вот для России и большинства европейский стран солнечные коллекторы не подходят. Однако, исследования, не так давно проведенные российским Институтом высоких температур, показали, что это совсем не так. Конечно, создать в частном доме полностью автономную систему отопления и горячего водоснабжения только за счет коллекторов не возможно, но пользу, и весьма значительную, они все же приносить способны. Так, например, опыты и расчеты показывают, что летом коллекторы практически гарантированно будут нагревать воду до температуры 37 градусов. Зимой вероятность такого результата снижается до 50 %.
Если же говорить об отоплении, то 1 квадратный метр коллектора за год в условиях российской зимы способен вырабатывать от 600 до 800 кВт/ч энергии, а это примерно половина потребностей стреднестатистического дома в тепле. Переводя все это в конкретные цифры, получается, что установка из нескольких солнечных коллекторов, площадь которой составляет около 30 квадратных метров, дает своему владельцу экономию, эквивалентную стоимости почти 8 тонн угля. При этом не стоит забывать об экологической составляющей, ведь использование коллекторов ведет к сокращению выбросов углекислого газа и загрязнения атмосферы. Хочется также добавить, что на сегодняшний день ученые и инженеры ведут стремятся повысить эффективность солнечных коллекторов, так что в ближайшем будущем не исключена полная замена традиционных средств отопления.
Петр, www.kak-sdelat.su
