Новости компании

11.12.2014

Завершены работы по монтажу системы отопления и кондиционирования на базе теплового насоса Mitsubishi Electric Zubadan еще в одном магазине

08.12.2014

Наша компания осуществила поставку вентиляционного оборудования, комплектующих и автоматики для вентиляции производственных помещений Харьковской ТЭЦ-5

24.10.2014

Завершены работы по монтажу системы отопления и кондиционирования на базе воздушного теплового насоса Mitsubishi Electric Zubadan в магазине хозтоваров в г. Первомайский Харьковской области

08.10.2014

Наша компания сняла новый видеоролик о бытовом инверторном воздушном тепловом насосе Mitsubishi Electric Zubadan (Япония)

Главная > Системы и оборудование > Солнечные коллекторы > Общие сведения о солнечных коллекторах

 

Общие сведения о солнечных коллекторах

Энергия солнца

Назначение солнечных коллекторов

Классификация гелиосистем

Ответы на часто задаваемые вопросы

 

 

 

Энергия солнца


Энергия cолнца не только неистощима и бесплатна, но и экологичнее любого из доступных человеку видов энергии. Каждые 8 минут солнце поставляет нам столько энергии, сколько человечество расходует за год.

Вся потребность человечества в энергии на 180 лет вперёд может быть обеспечена солнечной энергией, которая достигает Земли только за один день. В численном выражении солнце посылает Земле ежедневно 960 миллиардов киловатт энергии. 

Гелиосистемы с солнечными коллекторами оптимально используют энергию солнца для приготовления горячей воды и, при необходимости, могут поддерживать систему отопления.


Нагрев воды с помощью солнечных коллекторов

Современный человек зависим от благ цивилизации, например от горячей воды. Трудно себе представить жизнь без горячей ванны или ежедневного душа. А как приятно поиграть с детьми на теплом полу с водяным подогревом или поплавать в теплом бассейне.



Объемы используемой человечеством горячей воды колоссальны. Трудно представить себе затраты энергии, которая тратится на нагрев воды. Газ, уголь и мазут, из которых человечество черпает энергию, безвозвратно расходуются. С каждым годом горячая вода становится для обычных потребителей все более дорогой, возрастает зависимость от коммунальных служб, постоянного роста цен на энергоносители.

Чтобы положить этому конец, многие граждане перебираются жить в частные дома, где с помощью газовых или твердотопливных котлов пытаются избавиться от услуг коммунальных служб.

В настоящее время самой реальной альтернативой всем известным способам нагрева проточной воды, используемым в быту, являются солнечные коллекторы. Сегодня наличие солнечных коллекторов на кровле частного дома уже не считается признаком богатых людей.

Современные системы солнечных коллекторов, преобразуют энергию солнца в удобный для человека вид энергии (тепловую или электрическую); срок их эксплуатации не менее 40 лет.


Вверх


Назначение солнечных коллекторов


Для чего же нужны нам гелиосистемы?
Использование солнечных коллекторов может преследовать много целей, например:

  • создание экологически чистой автономной системы горячего водоснабжения;

  • подогрев воды в бассейнах;

  • частичное или полное использование нагретой воды в системе отопления;

  • использование горячей воды в технологических целях;

  • сокращение энергозависимости здания

  • уменьшение вредных выбросов в атмосферу;

  • экономия средств.

Вверх


Классификация гелиосистем

В связи с интенсивным развитием технологий солнечной энергетики, появилось множество конструктивных решений и вариантов гелиосистем, которые классифицируются по различным критериям. Остановимся на классификации по принципу конструирования и подробно рассмотрим жидкостные системы солнечного теплоснабжения с аккумулированием тепловой энергии. Мы рассмотрим солнечные установки, используемые для нагрева бытовой воды. Той воды, которая течет из кранов, плещется в бассейнах, греет батареи.

Из-за своей универсальности, эффективности, гибкости и удобства, наибольшее распространение получили жидкостные системы (далее "гелиосистемы") с аккумулятором тепловой энергии (бак с водой или специальной жидкостью, бассейн).


Основные элементы гелиосистем

Солнечный коллектор. От эффективности солнечного коллектора в значительной степени зависит эффективность работы всей системы. Чем больше солнечной энергии поглотит солнечный коллектор и чем меньше он ее потеряет, тем эффективнее будет работать система.

Основные принципы конструирования любых солнечных коллекторов сводятся к обеспечению "максимального" поглощения солнечной энергии и минимальным тепловым потерям.

Определив потребность в горячей воде, подсчитывается необходимое количество солнечных коллекторов, они объединяются в группы и работают как одна система.

Наиболее популярными и доступными являются плоские и вакуумные солнечные коллекторы. 

   плоские солнечные коллекторы

         вакуумные солнечные коллекторы


Чаще всего в коттеджном строительстве коллекторы монтируются на наклонных скатах кровель, как поверх кровельных покрытий, так и вместо них. Но расположить коллекторы можно практически везде: на стене здания, на плоском участке кровли или на специально подготовленной площадке в саду. Для правильной ориентации коллекторов в пространстве используются специальные опорные рамы. В некоторых случаях помимо основного своего назначения коллекторы могут нести и декоративные функции. К примеру, они устанавливаются на карнизе или объединяются с каким-либо внешним элементом здания.

Емкость накопителя с теплообменником предназначена для отбора тепла от теплонесущей жидкости и его передачи проточной хозяйственной воде. Теплообменником выступает змеевик - медная спиральная труба, обеспечивающая взаимодействие между горячей жидкостью, идущей от коллекторов, и холодной водой, требующей нагрева. В то время когда отбор бытовой воды не производится, бак теплообменника служит теплоаккумулятором. Чтобы при этом вода не теряла набранной температуры, он хорошо теплоизолирован.

В системах, которые подготавливают воду и для систем отопления, дополнительно внутри бака предусматривается электрический нагреватель - тэн. Он при необходимости догревает воду до нужной температуры. Его включение производится по команде электронного контроллера.

Тэн начинает работать только при плохой погоде - при облачности, в сумерках, в холодное время года, - то есть тогда, когда солнечный коллектор не может в полной мере прогреть жидкость. Современные вакуумные коллекторы могут достаточно эффективно работать даже при сложных погодных условиях. Поэтому, нагревая жидкость до 80% необходимой температуры, не стоит бояться больших затрат на электропотребление. Тэн работает периодически и непродолжительно.

Если же электрический тэн не предусмотрен или заказчик намеренно от него отказался, воду в контуре системы отопления может догревать газовый, электрический, твердотопливный котел или тепловой насос.

Коммуникации, трубопроводы и арматура предназначены для надежного и герметичного соединения всех элементов системы и направления тока жидкостей. Все известные на сегодня пластиковые трубы, которые, к примеру, применяются в системах отопления, никак не могут быть применимы в солнечном контуре солярной системы. Тут царство высоких температур, безоговорочной надежности и экстремальных погодных условий. Максимальная температура пара в контуре коллекторов (даже малоэффективных) может достигать 150°С, а рабочая температура теплоносной жидкости - подниматься до 110°С. Поэтому к этим линиям предъявляются высокие требования по надежности. Большинство элементов фурнитуры выполняется из нержавеющей стали, а трубопровод - из медных трубок. Только в такой комбинации не возникнет риска разрушении коммуникаций и нет вероятности появления электролитических связей между металлами, которые являются причиной образования коррозии на медных элементах системы.

Теплоизоляционные материалы в гелиостанциях снижают теплопотери системы и применяются практически в каждом узле: и в плоских коллекторах, и в качестве покровного материала трубопроводов, и между стенками теплоаккумулирующего бака.

Насосные станции предназначены для создания давления, требуемого в системе, подачи бытовой воды в бак теплообменника, обеспечения циркуляции теплонесущей жидкости. Насосы подачи и циркуляционные насосы подбираются желаемой производительности системы.

Автоматика контроля обеспечивает правильную и бесперебойную работу системы. Она контролирует температуру теплонесущей жидкости и воды, работу циркуляционных насосов, клапанов и т.д.


Гелиосистемы с естественной циркуляцией


В гелиосистемах с гравитационной (естественной) циркуляцией теплоносителя движение нагреваемой жидкости между солнечным коллектором и баком аккумулятором осуществляется не при помощи насоса, а за счет разности плотности жидкости. Такие системы еще называют термосифонными. Процесс переноса жидкости происходит естественным образом, для этого необходимо выполнить условие - бак аккумулятор должен находиться выше солнечного коллектора. Принцип работы такой системы заключается в следующем: теплоноситель разогревается в солнечном коллекторе под действием солнечной энергии. Теплая жидкость обладает меньшей плотностью (меньшим весом), поэтому она всегда устремляется вверх, и тем самым как бы вытесняет более холодную жидкость, находящуюся в баке аккумуляторе выше. При этом происходит накопление тепловой энергии в аккумулирующей емкости. Циркуляция происходит до тех пор, пока разность температуры (соответственно и разность плотностей) жидкости в баке и в коллекторе будет настолько мала, что движущая сила не сможет преодолевать гидравлическое сопротивление в контуре системы. Основные особенности системы с естественной циркуляцией: - скорость циркуляции теплоносителя гораздо меньше, чем в напорных системах; - в абсорбере коллектора нет турбулизации потока жидкости, что снижает коэффициент теплопередачи; - для поддержки циркуляции гидравлическое сопротивление в контуре системы должно быть минимальным; - в ночное время может возникнуть обратная циркуляция. Для ее предотвращения необходимо предусмотреть обратный клапан.

Системы с естественной циркуляцией могут быть как одноконтурными, так и двухконтурными.


Для этого в контуре гелиосистемы к коллектору (1) в баке аккумуляторе (2) встраивают теплообменник (3). Вместо теплообменника часто используют бак с двойным корпусом, где пространство внутреннего бака помещено в "рубашку" наружного. В таком случае в качестве теплоносителя можно использовать антифриз на основе пропиленгликоля.


Гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя

Главной отличительной особенностью гелиосистем с принудительной циркуляцией является насос, который встроен в контур теплоносителя. Он обеспечивает циркуляцию теплоносителя через солнечный коллектор. Это позволяет увеличить производительность гелиосистемы в среднем на 30% по сравнению с системами с естественной циркуляцией (с учетом потребления энергии насосом). Для контроля работы насоса в систему всегда устанавливается контроллер, который регулирует работу насоса таким образом, что бы предотвратить обратное рассеивание теплоты через коллектор в пасмурную погоду и ночное время. Контроллер так же подает сигнал для включения насоса при минимально возможной разнице температур между окружающим воздухом и баком аккумулятором, а так же отключает его при отсутствии необходимости нагрева бака. Контроллер может регулировать расход теплоносителя для различных условий солнечной инсоляции.

В системах с принудительной циркуляцией есть ряд преимуществ: - возможность установки труб меньшего диаметра, - безопасность обеспечиваемая контроллером, - работа системы при низкой солнечной энергии.


В схеме гелиосистемы с принудительной циркуляцией кроме солнечного коллектора (1) и бака аккумулятора (2) присутствует насосная станция (3) и контроллер (4).


Так же для возможности работы системы в круглогодичном режиме, используют двухконтурные гелиосистемы с теплообменником (5). Теплообменник может быть как встроенным в бак, так и в наружном исполнении. В первичном контуре обычно используется теплоноситель на основе пропиленгликоля с температурой кристаллизации до -30° C.

Вверх

 

Ответы на часто задаваемые вопросы


Что такое солнечный коллектор?

Солнечный коллектор является основной частью гелиосистемы, и предназначен для преобразования поглощенного солнечного излучения в тепловую энергию.

Возможна ли установка гелиосистемы в уже существующих зданиях с действующими системами отопления и нагрева воды?

Гелиосистему можно устанавливать не только на этапе строительства объекта, но и в эксплуатируемых зданиях. Она с легкостью интегрируется в любые системы отопления и нагрева воды, работает со всеми типами водонагревательных котлов, при этом, потребуются незначительные изменения в действующих тепловых схемах. Нужно помнить, закладка гелиосистемы на этапе строительства позволяет снизить стоимость монтажных работ и более эффективно реализовать тепловую схему.

На каких объектах и с каким потреблением тепловой энергии целесообразно применять гелиосистему?

Гелиосистема идеально подходит, как для частного коттеджного строительства, так и для объектов с большими тепловыми нагрузками. Мощность гелиосистемы, легко регулируется, она прямо пропорциональна количеству солнечных коллекторов в системе - чем их больше, тем больше произведенной тепловой энергии на выходе, это позволяет подобрать гелиосистему под любой объект с любым потреблением. Срок окупаемости объектов с большим потреблением значительно меньше, поскольку в таких системах дополнительного оборудования меньше, а генерирующего (солнечные коллекторы) больше.

До какой температуры нагревает воду гелиосистема?

Производительность гелиосистемы зависит от многих условий: окружающей среды (поступление солнечной энергии, влажность, сила ветра, температура) и применяемого оборудования (технические параметры солнечных коллекторов, изоляции трубопровода, размещение в пространстве и т.д.), поэтому для каждого конкретного случая она будет отличаться. Если говорить о среднестатистических данных для территории Украины, то в тепловое время года - с мая по сентябрь гелиосистема может быть основным источником нагрева воды и подогревать воду до температуры 55 - 60 °C (при необходимости может довести воду до кипения). В зимний период гелиосистема служит источником предварительного нагрева с температурой нагрева до 30°C.

Какие коллекторы более эффективны, вакуумные или плоские?

Производительность каждого коллектора зависит, не только от его технических параметров, но и от притока солнечной радиации, температуры окружающей среды и теплоносителя внутри коллектора. Именно поэтому, сравнивать коллекторы между собой корректно только при конкретных условиях окружающей среды. Вакуумный коллектор более производителен при использовании в зимнее время года и в целом в круглогодичном цикле, в то же время в летний период (при небольших перепадах температур) плоский коллектор может показывать более высокую эффективность. Наряду с более низкой стоимостью плоский коллектор является идеальным решением при замещении сезонных нагрузок в летний период года (в летних лагерях, базах отдыха, санаториях и т.д.), а вакуумный коллектор, если нужен больший уровень комфорта при круглогодичном цикле.

Может ли гелиосистема обеспечить 100% потребности в горячем водоснабжении и отоплении для жилья?

Гелиосистема может заместить 100% потребности в горячей воде только с мая по сентябрь, в зимнее время эта величина будет составлять 30-40%. В течении всего года замещение гелиосистемой потребности в ГВС может достигать 70-75%. Это связано с тем, что в первую очередь производительность гелиосистемы зависит от притока солнечного излучения, которое меняется, как в течении дня, так и течении года. При этом разница между зимней и летней солнечной активностью составляет до 5 раз. Следует помнить, что увеличение количества коллекторов в гелиосистеме в зимнее время не приведет к росту температуры, поскольку в этот период года преобладает рассеянное излучение. В тоже время летом (когда преобладает прямое излучение) не пропорциональная система, в которой потребление существенно меньше производительности коллекторов, накладывает дополнительные требования к системе утилизации тепла во избежание закипания теплоносителя внутри коллекторов.

Как работает гелиосистема в ночное время?

Поскольку ночью отсутствует солнечное излучение, необходимое для работы солнечного коллектора, гелиосистема не способна повышать температуру в баке накопителе за счет работы коллектора. В ночное время для дополнительного нагрева может быть задействован электрический ТЭН или иной источник тепловой энергии (газовый, электрический, твердотопливный котел, тепловой насос).

Эффективна ли гелиосистема в зимнее время?

Гелиосистема работает даже при низких температурах - до -30°C если используется теплоноситель на основе пропиленгликоля, и до -50°C если на основе глицерина. Естественно, производительность гелиосистемы в зимнее время снижается, но она не теряет своей работоспособности и продолжает нагревать воду.

Работает ли гелиосистема при рассеянном солнечном излучении, при облачной погоде?

Поглощающее покрытие солнечного коллектора улавливает широкий спектр солнечного излучения, от ультрафиолетового до инфракрасного, эта особенность позволяет работать коллектору даже при рассеянном излучении и вырабатывать тепловую энергию даже при пасмурной погоде.

Каков срок службы гелиосистемы?

Срок службы гелиосистем составляет от 25 до 50 лет. Такие длительные сроки эксплуатации гелиосистемы обусловлены применением только качественных комплектующих от ведущих мировых производителей.

Нуждается ли гелиосистема в периодическом техобслуживании?

Рекомендуется проводить ежегодный сервисный осмотр и диагностику гелиосистем. Диагностика включает в себя проверку работоспособности всех элементов системы, проверку герметичности контуров, отработку алгоритмов управления, при необходимости замену расходных частей. Особое внимание необходимо уделить элементам с ограниченным сроком эксплуатации. Например, магниевые аноды в баках накопителях, как правило, меняют раз в год (частота зависит от характеристик воды). Также следует обратить внимание на теплоноситель гелиоконтура - в зависимости от режимов эксплуатации его замена требуется каждые 5-7 лет.

Какой срок окупаемости гелиосистем?

Срок окупаемости гелиосистем составляет от 3 лет. Эта величина зависит не только от производительности системы, ее стоимости, и режима ее использования, но и от потребителя, который ее использует. Чем больше гелиосистема, тем меньше в процентном соотношении нужно дополнительного оборудования (трубы, изоляция, баки накопители), соответственно, срок окупаемости уменьшается.

Насколько прочны вакуумные и плоские коллекторы?

В конструкции вакуумных и плоских солнечных коллекторов применяются ударопрочные и боросиликатные стекла. Коллекторы предназначены для эксплуатации в условиях внешней окружающей среды и выдерживают высокие механические воздействия вплоть до попадания града диаметром до 40 мм.

Как влияет загрязнение и обледенение на производительность гелиосистемы?

Мощность гелиосистемы может снижаться на 5-7% в зависимости от степени загрязненности поверхности солнечного коллектора грязью, пылью или смогом. При полном обледенении производительность падает на 25%. Эти потери носят кратковременный характер, поскольку солнечный коллектор самоочищается в условиях окружающей среды (дождь, снег, ветер) и не требует дополнительных действий по своей очистке. В тоже время, никаких ограничений по дополнительной очистке солнечных коллекторов нет, и она безусловно положительно скажется на производительности гелиосистемы.

Как влияет снег на производительность гелиосистемы?

Вакуумные коллекторы имеют преимущество - очень низкие теплопотери, что дает возможность улавливать и собирать тепло даже при низких температурах (до -30С°). Но в случае со снегом это играет свою отрицательную роль - ввиду низких теплопотерь снег на трубках оттаивает очень плохо. Однако, вакуумный солнечный коллектор прозрачен для снега, так как между трубками есть расстояние в несколько сантиметров. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть засыпаны снегом только в периоды сильного снегопада с налипанием мокрого снега, что случается достаточно редко. Проблема решается грамотным монтажом, чисткой или установкой дополнительных систем оттаивания снега. Плоские коллекторы за счет собственных конвективных потерь самоочищаются от снега - снег тает на поверхности коллектора.


Вверх

 

 

Позвоните нам (057) 759-0000 и 764-21-71, чтобы получить консультацию или оформить заказ.