Все чаще современные строители и дизайнеры обращаются к энергосберегающим конструкциям, экологически чистым материалам и альтернативным источникам энергии. Особенно важным является именно последний пункт, поскольку отопление частного дома и нагрев воды при использовании традиционных способов обходится совсем не дешево.
Одним из вариантов таких источников является солнечный свет, а оборудование, которое превращает солнечную энергию в тепловую, называется коллектором. На современном рынке представлено несколько видов солнечных коллекторов, которые отличаются между собой мощностью, габаритами, КПД, сферой применения и т.д.
Какие бываю солнечные коллекторы?
Условно всех их можно поделить на вакуумные трубчатые и плоские.
Плоские коллекторы используются чаще трубчатых, что в большинстве случаев можно объяснить более доступной ценой. Обычно они служат для нагрева воды, потому что для отопительного оборудования у них слишком низкий КПД, особенно зимой.
Плоские коллекторы в свою очередь делятся на 3 типа:
- коллекторы с абсорбером с селективной оболочкой;
- вакуумные коллекторы;
- коллекторы с абсорбером, имеющим оболочку из черного лака.
Первый тип используется только для нагрева воды преимущественно в теплое время года. КПД таких коллекторов довольно низкий – всего 25-35%, к тому же есть опасность образования конденсата на их поверхности. Монтируются они над кровельным материалом или вровень с ним.
Второй тип – вакуумные коллекторы – обладает более высоким КПД, достигающим 45%. Вакуумные коллекторы надежно защищены от образования конденсата и попадания в них пыли. Правда, некачественные изделия могут довольно быстро разгерметизироваться, что скажется на их работе. Чтобы они снова заработали на полную мощность, нужно будет восстановить вакуум, что своими силами достичь практически невозможно. Стоят вакуумные коллекторы дороже, чем коллекторы с селективной оболочкой, но поскольку они более мощные, их площадь меньше.
Третий тип – коллекторы с абсорбером, покрытым черным лаком – имеет теплопотери, на 50% превышающие теплопотери первого типа.
Монтаж солнечных коллекторов
Монтаж солнечных коллекторов может осуществляться над кровельным материалом, вровень с ним или же на специальной конструкции. Выбор места расположения зависит от типа крыши, ее конструкции, наклона скатов, а также их ориентации относительно сторон света.
Над кровельным материалом коллекторы можно устанавливать, если крыша скатная, а угол наклона ската достаточно большой. В этом случае они монтируются с помощью специальных профилей или кронштейнов, которые крепятся к доскам контробрешетки или стропилам. Вся конструкция должна выступать за края черепицы, чтобы не нарушать герметичности кровельного слоя. Коллектор может закрепляться как непосредственно на кронштейнах, так и на монтажных профилях, прикрепленных к кронштейнам. Для защиты от ветра могут использоваться также дополнительные накладки или специальные элементы. Если коллекторов несколько, между собой они соединяются гофрированными трубками. Чтобы избежать накопления воздуха внутри коллекторов, они слегка наклоняются в сторону, противоположную подсоединению. К системе отопления или нагрева воды коллекторы подключаются с помощью гофрированных труб, выполненных из нержавеющей стали. Трубы эти подводятся к коллекторам через вентиляционные каналы. Преимуществами такого монтажа является его быстрота, небольшая стоимость работ и вывод соединительных патрубков наружу. К недостаткам можно отнести значительные теплопотери.
Коллекторы, смонтированные вровень с кровельным материалом, смотрятся более привлекательно, кроме того, в этом случае под ними не нужно укладывать сам кровельный материал, что сокращает расходы на него. Крепятся они к доскам обрешетки специальными зажимами. Здесь нужно проследить, чтобы стыки коллекторов и кровли не имели зазоров, а были герметичными. Угол наклона ската при этом должен быть не менее 25°. Стоимость монтажа коллектора вровень с кровлей стоит дороже, чем его монтаж над кровлей.
Коллекторы на специальных конструкциях обычно устанавливаются на плоских крышах. Плюсом таких установок является наиболее простой и быстрый монтаж, а также возможность изменения угла их наклона в соответствии с климатическими условиями и ориентацией относительно сторон света. Оптимальным углом наклона считается угол в 45°. Если на одной крыше устанавливаются несколько коллекторов, причем располагаются они один за другим, то нужно соблюдать дистанцию между ними, при которой передние коллекторы не будут затемнять задние. Минимальное расстояние между ними зависит от угла наклона и должна превышать высоту не менее чем в 1,5 раза. Для лучшей фиксации конструкции и защиты от ветра она монтируется на бетонных плитах или ящиках со щебнем. Герметичность кровельного слоя в этом случае не нарушается, зато увеличивается нагрузка на крышу и несущие элементы, поэтому перед установкой нужно проконсультироваться с архитекторами и выяснить, вынесет ли конструкция дома такие дополнительные нагрузки.
Каким должен быть угол наклона коллектора?
Угол наклона коллектора – еще одна немаловажная его характеристика. Этот параметр определяет количество солнечных лучей, которые падают на поверхность коллектора на протяжении светового дня, от чего напрямую зависит его эффективность. Конечно, солнце на протяжении суток и в разное время года меняет свое положение, так что улавливать постоянно максимальное количество солнечной энергии коллектор не может. Здесь нужно подбирать такой его наклон, который бы обеспечил максимально возможное его освещение в любое время. Для примера, коллекторы для нагрева воды должны устанавливаться под углом 45°, что составляет среднее значения между оптимальными углами наклона в летнее (30°) и зимнее (60°) время года. Регулировать наклон можно только у коллекторов, смонтированных на плоских крышах – на скатных крышах этот параметр определяется конструкцией кровли. Но это не значит, что такие коллекторы неэффективны. При наклоне в диапазоне 35-50° их КПД незначительно отклоняется от максимального значения.
Для наиболее эффективной работы коллекторы желательно ориентировать на юг, если позволяет конструкция крыши (особенно это касается скатных крыш). В противном случае их КПД значительно уменьшится, что особенно ощутимо зимой, и не поможет даже увеличение площади коллекторов. Если коллекторы используются только для нагрева воды, их можно ориентировать между юго-западным и юго-восточным направлением.
При использовании нескольких коллекторов, соединенных между собой, все они должны быть направлены в одну сторону. Если же разместить их под разными углами и развернуть в разные стороны, каждый из них будет регулировать отдельный поток теплоносителя, то есть такая система не будет работать, как одно целое, а поделится на несколько самостоятельных систем.
Какой должна быть площадь коллектора? Формула расчета
Площадь солнечных коллекторов зависит от необходимой для нагрева воды или отопления мощности, интенсивности солнечного излучения для данной территории, КПД каждого коллектора, входящего в состав системы, доли энергии солнца в покрытии потребности в тепле, а также теплопотерь. Производители солнечных коллекторов рассчитывают их площадь и количество с помощью специальных программ, используя различные графики и диаграммы. Но для вычисления площади коллекторов небольшого для частного дома не обязательно углубляться в сложные и малопонятные расчеты, достаточно использовать формулу:
A=K•F•SF/(G•η),
AW=1/(G•η),
A=K•F•SF•AW,
А – площадь коллекторов, м2;
AW – приведенная площадь, которая способна генерировать 1кВт•час за один день, м2•день/(кВт•час);
Η – КПД одного коллектора, %;
G – полное излучение солнца за один день, характерное для данной местности, кВт•час/(м2•день);
К – коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света (выбирается из таблицы);
F – энергия, необходимая для нагрева воды или отопления дома на одни сутки, кВт•час/день;
SF – доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.
Доля солнечной энергии – это та часть энергии, которую производит солярная установка, от общей энергии, затрачиваемой на обогрев или нагрев воды. Обычно ее значение составляет от 60 до 70% от годового потребления энергии. Солярные установки с большей долей солнечной энергии используются в паре с вспомогательными газовыми котлами, работающими на низком уровне.
Данные, необходимые для проведения расчета площади, могут значительно отличаться между собой в зависимости от типов коллекторов, их моделей и производителей.
Установка солнечных коллекторов. Видео
