Солнечные коллекторы для отопления домов
18.01.2012 23:51
В последние годы очень много внимания уделяется разработке альтернативных способов получения энергии. Это и не удивительно, ведь запасы природных энергоносителей неуклонно уменьшаются.
Одним из наиболее развитых направлений в данном сегменте является солнечная энергетика. К числу устройств, которые широко применяются для переработки солнечной энергии, относится солнечный коллектор. Это устройство для концентрации тепловой энергии Солнца. Основное отличие его от солнечных батарей состоит в том, что батареи производят непосредственно электрическую энергию, а солнечный коллектор осуществляет разогрев материала-теплоносителя.
По расчетам такой коллектор с площадью около 12 м2 обеспечивал бы горячей водой среднюю семью на протяжении всего года. Но это невозможно из-за очень низкого уровня солнечного излучения в зимнее время. По данным известного английского ученого, который занимается вопросами преобразования солнечной энергии, Хейвуда – средний дневной приход солнечной радиации в период с 16 октября по 26 февраля составляет 1,05 кВт-ч/м2, а для большинства дней декабря и января эта величина в лучшем случае достигает половины указанного значения. Правильно выбрать необходимый для вас тип коллектора, это то же самое, что и выбрать корпоративные тарифы от Билайн – так же выгодно и современно.
Таким образом, чтобы попытаться удовлетворить в середине зимы среднесуточную потребность в энергии (около 10 кВт-ч), необходим коллектор с площадью примерно 50 м2, но даже такая площадь будет, вероятно, недостаточна, поскольку на практике имеется еще один лимитирующий фактор. Он заключается в том, что для всех плоских коллекторов существует некоторый предельный уровень солнечной радиации, ниже которого они вообще не могут работать. Поэтому лучше всего принять значение между 280 и 375 кВт-ч/м2, хотя конкретные установки в определенных районах страны могут иметь значительно более высокую теплопроизводительность, Приняв цифру в 324 кВт-ч/м2, получим значения годовой экономии для коллекторов площади 4, 5 и 6 м2.
Для практических установок затраты на материалы без учета трудозатрат не должны превышать 300 американских долларов на 1 м2 площади коллектора; при этом период окупаемости составит около 5 лет за счет сэкономленной энергии.
Исключением из правила о площади коллектора не менее 4—6 м2 стала установка с площадью 8 м2, получившая приз на конкурсе Ассоциации развития медной промышленности в 1975 г. Впоследствии автор этой конструкции отметил, что, по его мнению, совершенно неправильно разрабатывать систему заниженной мощности.
Для абсолютного большинства солнечных водонагревательных установок бытового назначения емкость аккумулятора составляет приблизительно 50 л на каждый квадратный метр площади коллектора. Впервые это стандартное значение было предложено Хейвудом.
В этом случае в баке-аккумуляторе устанавливается теплообменник и вода циркулирует по замкнутому контуру через коллекторы и теплообменник. Контур включает герметичный расширительный, бак, который предотвращает попадание в систему свежего кислорода, что замедляет коррозию. Замкнутый контур может быть заполнен раствором антифриза, но в этом случае он должен быть полностью герметичен, чтобы исключить попадание антифриза в систему водоснабжения. Теплообменник может представлять собой простой змеевик из медной трубки, и некоторые торговые фирмы рекомендуют в качестве бака-аккумулятора с теплообменником стандартную бытовую медную колонку небольшого размера, Однако эти колонки не рассчитаны на работу при более низких значениях разности температур и расходов, которые характерны для солнечных установок. Поэтому гораздо лучше устанавливать в 200-литровом баке-аккумуляторе оребренную медную трубку диаметром 28 мм и длиной около 1 м. В системе с промежуточным контуром трубопровод горячей воды от коллекторов следует подключить к верхнему патрубку теплообменника. Система может работать и при подключении этого трубопровода к нижнему патрубку теплообменника, но при этом эффективность ее работы будет значительно меньше, поскольку существенно снизится расход воды.
Как видно система с принудительной циркуляцией является более сложной и управление циркуляционным насосом, в качестве которого можно использовать обычный мотор.
Важно также обращать внимание на способы защиты системы от поломок при замерзании воды. Эта система имеет более сложную конструкцию в отличие от других и при ее создании следует обратить внимание на небольшой насос системы центрального отопления, должно осуществляться с помощью дифференциального терморегулятора. Такие регуляторы поставляются различными изготовителями солнечных коллекторов или могут быть смонтированы из элементов электронных схем. Анализ работы дифференциального терморегулятора и проблем, связанных с его применением, показывает, что в дни со сравнительно низкой интенсивностью солнечной радиации и при переменной облачности система может постоянно включаться и выключаться, в результате чего может больше энергии потеряно, чем выработано.
Использование таких систем обогрева для домов сейчас стало очень популярным и, можно сказать, даже престижным делом, как к примеру, выбор vip-номеров Билайн, МТС или других российских операторов.
Трубопровод горячей воды из коллекторов должен быть присоединен к верхней части бака-аккумулятора на уровне между 2/3 и 3/4 общей емкости бака. Считается, что эффективность работы системы падает, когда горячая вода подводится в более низкой точке. В таких странах, как Великобритания, применение отдельного бака-аккумулятора предпочтительно в связи с тем, что на протяжении большей части года температура, которая может быть достигнута в солнечных коллекторах, слишком низка для непосредственного использования нагретой воды в системе горячего водоснабжения. Полезно предусмотреть возможность при хорошей радиации в летнее время подавать горячую воду, минуя колонку, и выключать обычную систему нагрева. Это особенно выгодно в том случае, когда в течение дня нет разбора горячей воды. Если бы не было обводной линии, то в этой ситуации горячая вода, полученная в солнечных коллекторах, смешивалась бы вечером с холодной водой в колонке. При наличии отдельного бака-аккумулятора даже небольшое повышение температуры воды обеспечит экономию энергии, поскольку в колонку вместо холодной водопроводной воды будет подаваться подогретая вода.