Сонячні колектори на Заході розглядаються як «зелена альтернатива» вуглеводневому паливу, але в російському побуті вони поки не отримали широкого поширення. Швидше за все, причина криється в необізнаності потенційних користувачів. Адже при правильному застосуванні сонячний колектор цілком окупає себе навіть в нашому, досить суворому, кліматі.
Фото: Legion-Media
Ідея використовувати тепло сонця для нагріву води не нова. У багатьох дачних господарствах є спеціальна бочка або інший продавець ємність, виставлена під прямі промені сонця. Вранці в бочку наливають крижану воду з колодязя, а до вечора вона прогрівається до комфортної температури і цілком підходить для миття, прання або, скажімо, поливу теплолюбних рослин.
Сучасні геліосистеми працюють за схожим принципом. Сонячні промені нагрівають в спеціальному колекторі рідина-теплоносій, яка надходить в бак з теплообмінником і через останній готує воду для потреб споживача. В якості теплоносія, як правило, використовується суміш води і антифризу, не замерзає при мінусових температурах. Крім перерахованих вище елементів до складу системи зазвичай входить циркуляційний насос, що перекачує рідину (існують, втім, і системи з природною циркуляцією), а також електронні пристрої контролю та управління, які регулюють роботу системи.
Які помилки найчастіше допускають покупці при виборі геліосистеми?
Як правило, вони хочуть отримати 100% енергії від сонячного колектора, не враховуючи, що сонце не можна «вимкнути», тобто припинити нагрівання за своїм бажанням. В результаті система перегрівається, особливо через відсутність водорозбору в спекотні літні дні. Установку потрібно підбирати саме для самого жаркого періоду, а в більш холодні дні використовувати додаткове джерело нагріву або вирішити проблему скидання тепла, наприклад передбачити шторки, що закривають колектор.
Чому сонячні колектори не використовують для нагрівання води в радіаторних системах опалення взимку?
Для цього є кілька причин. Зокрема, взимку споживається багато тепла в нічний час, відповідно, днем треба створити значний запас гарячої води в буферній ємності для опалення вночі, що призводить до додаткових витрат (не рахуючи великої кількості колекторів). Крім того, в системі сонячних колекторів циркулює суміш поліпропіленгліколю з водою, а в радіаторах - вода. Тепловіддача від радіаторів з поліпропіленгліколю буде нижче, тому доведеться збільшити число приладів опалення. В результаті система опиниться дорогий, з великим терміном окупності. У «Арістон» представлені геліосистеми декількох типів, як з природною, так і з примусовою циркуляцією. Системи з природною циркуляцією - в основному для сезонного використання. Їх максимальна ефективність повинна збігатися з періодом застосування (літо). Електрика для роботи не потрібно, але можна підключити ТЕН при необхідності підігріву вночі. Ефективність таких систем нижче, ніж примусових, але при цьому вище рівень захисту від перегріву.
Сергій Бугаєв
Спеціаліст по продукту, Департамент маркетингу «Арістон Термо Русь»
Топимо по черзі
В середньому за рік гелиосистема покриває приблизно 60% потреби енергії в приготуванні гарячої води. Влітку гелиосистема здатна повністю забезпечувати нею котедж. Взимку або в дощові, похмурі дні вона використовується спільно з іншими джерелами енергії. В якості допоміжного обладнання може виступати, наприклад, газовий, дизельний або твердопаливний котел. В цьому випадку колектор і котел підключаються до так званого бівалентності баку - тобто баку з двома вбудованими теплообмінниками. Існують і бойлери з трьома теплообмінниками для підключення трьох різних джерел, але вони зустрічаються рідше.Зв'язка «гелиосистема - котел» настільки популярна, що більшість великих виробників опалювального обладнання (Ariston, Baxi, Bosch, Buderus, De Dietrich, Viessmann) пропонують моделі обох типів. Таким чином, можна зібрати систему з єдиним пристроєм управління. Наприклад, у Ariston робота геліосістемиі котла регулюється за допомогою пристрою контролю Ariston Sensys, у Viessmann - контролера Vitosolic.
Схема конструкції колектора
Малюнок: Ігор Смірягин / Burda Media
1 - градостойкого скло; 2 - абсорбер з високоселективним покриттям; 3 - подвійний теплообмінник меанд-рового типу; 4 - підстава з алю-мініевого сплаву і теплоізоляція
Плоскі колектори ефективніше працюють влітку і при прямому сонячному випромінюванні, а вакуумні, навпаки, краще проявляють себе в умовах розсіяного випромінювання взимку і в період часткової хмарності
Труба або площину?
Найбільшого поширення набули плоскопанельні і трубчасті моделі сонячних колекторів. У них є свої переваги і недоліки.
Фото: Ariston
Вакуумний сонячний колектор KAIROS VT (Ariston) для систем з примусовою циркуляцією і підвищеною ефективністю. Є можливість обертати труби для оптимального поглинання енергії
Плоскі колектори зовні нагадують сонячні батареї. І не дивно: їх зовнішня площину являє собою прямокутну панель з ударостійкого скла. Під ним знаходиться абсорбер - елемент, що поглинає сонячне випромінювання. Поверхня абсорбера, повернена до сонця, зачорнена спеціальним покриттям, а під нею прокладені трубки теплообмінника з рідиною-теплоносієм (див. Малюнок). За рахунок виборчої світлопроникності скла всередині панелі створюється парниковий ефект: вільно проникають всередину сонячні промені нагрівають абсорбер, який починає відбивати довгохвильові промені, останні не проходять крізь скло і не можуть покинути колектор.
У вакуумних трубчастих колекторах замість плоского абсорбера використовуються вакуумні двохстінні скляні труби з відбиваючим покриттям, нанесеним на їх внутрішню поверхню. Конструкція працює як «термос навпаки»: сонячні промені проходять крізь скло і нагрівають розташовані всередині трубки теплообмінника з теплоносієм.
Прийнято вважати, що сонячні колектори ефективні лише в південних областях і країнах, проте ряд проектів приватних будинків з геліосистемами вже реалізований по всій Европейскойчасті Росії, на Уралі і в Сибіру
Скільки «квадратів» нам потрібно?
Фото: Buderus
Сонячний колектор Buderus Logasol SKN4.0 (65 тис. Руб.). Використана мідна абсорбуюча поверхню з високоселективним покриттям. Міцне захисне скло відрізняється високою світлопроникністю (до 92%)
Площа сонячного колектора залежить від розрахункової продуктивності геліосистеми. Наприклад, ви хочете отримувати гарячу воду для миття і господарських потреб. Перш за все вам необхідно вибрати нагрівальний бак потрібного розміру, алгоритм обчислення його ємності такої ж, як і для накопичувальних бойлерів з електричним або газовим нагріванням (про підбір бойлера див. Статтю «Гаряче серце бака», № 3/2014 р). Обсяг залежить від числа користувачів і типу обладнання ванної кімнати (наприклад, купіль або душова кабіна).
Визначивши обсяг бойлера, ви дізнаєтеся продуктивність сонячного колектора і, відповідно, обчисліть їх площа і розрахуєте, який простір необхідно для монтажу. Для більш точного розрахунку вартості можуть знадобитися додаткові параметри, такі як нахил покрівлі і кут між горизонтальною проекцією перпендикуляра до неї і південним напрямом. Для расчётаіспользуются готові алгоритми, так що професіонал легко виконає цю роботу. Багато виробників і монтажники роблять розрахунок безкоштовно.
Скільки коштують «квадрати»? Ціна багато в чому залежить від виробника. Недорогі китайські можна придбати за 10-20 тис. Руб. за модуль колектора площею 2 м². Аналогічний виріб європейського виробництва коштує в 3-4 рази дорожче. Ще в 30-60 тис. Руб. обійдуться контролер і бойлер.
Зазвичай сонячні колектори встановлюються таким чином, що вони розташовуються вище, ніж ємнісний водонагрівач. Трубопроводи, що з'єднують колектор і водонагрівач, прокладаються з постійним ухилом і повинні бути наскільки можливо короткими. Необхідно, щоб вони були стійкі до температур до 150 ° С і тиску в 6 бар, тому краще використовувати мідні труби. Що стосується теплоізоляції, то до неї теж є певні вимоги: товщина, стійкість до високих температур, ультрафіолету і т. П. Оптимальний варіант - застосовувати спеціальні трубопроводи Duo Tube: пряма, зворотна лінії разом з кабелем для датчика колектора об'єднані в загальний кожух з теплоізоляції (з захистом від ультрафіолету), а зверху покриті матеріалом, який витримає удари пташиних дзьобів.
Ольга Коваленко
Керівник напряму «Поновлювані джерела енергії De Dietrich» компанії «Русклімат Термо»
Оптимальний нахил площини колектора
Панелі сонячних колекторів у своєму розпорядженні на похилій площині таким чином, щоб протягом дня промені сонця падали на них під кутом, максимально наближеним до прямого. Оптимальний нахил площини колектора відповідає географічній широті місцевості і складає, наприклад, для Москви 57 °. Для Північної півкулі підходить південний напрямок «погляду» панелі (скажімо, південний схил даху). Зрозуміло, інші предмети не повинні загороджувати колектор від сонця. Далеко не завжди вдається дотримати всі умови, тому при монтажі колекторів широко використовуються збірні або зварені металеві конструкції.
Фото: De Dietrich
Водонагрівач De Dietrich BSL 200 (161 тис. Руб.). Бак на 225 л, з листової емальованої сталі, теплоізоляція 50 мм, два теплообмінника, магнієвий анод для захисту від корозії, максимальний тиск 10 бар
Найпростіше, коли необхідний нахил панелі відповідає скату даху. В цьому випадку додатковий нахил не потрібен, і колектор буде встановлюватися на монтажну шину з профільованого металу. Шина прокладається перпендикулярно кроквах і спирається на них за допомогою спеціальних кроквяних гаків. Відстань між гаками розраховується за довідковими таблицями і залежить від відстані між кроквами і від снігового навантаження. Кроквяні гаки спираються тільки на крокви або на проміжну обрешітку (при цьому використовується додатковий опорний куточок) і не повинні спиратися безпосередньо на покрівлю. З'єднання трубопроводів виконується за допомогою прес-фітингів або пайки твердим припоєм.
Установка колектора - відповідальна операція, адже про помилки недосвідчених або недбалих монтажників ви, швидше за все, дізнаєтеся тоді, коли виправити їх вже буде практично неможливо. Тому краще звертатися до монтажникам, які мають досвід подібної роботи. Представник компанії огляне потенційні місця установки і зробить висновок про можливість розміщення колектора, а також розрахує інженерні елементи монтажної конструкції з урахуванням вітрової і сніжної навантажень.
В інших країнах сонячні колектори служать не тільки для опалення, але і для підігріву води в басейнах: в цьому випадку зазвичай використовуються геліосистеми зі спеціальним зовнішнім теплообмінником
Найбільш часто геліосистеми використовуються для ГВП з двома теплообмінниками в баку (один для колекторів, іншої для котла). Ефективність роботи сонячних систем набагато вище, ніж прийнято вважати. Так, в системах Bosch колектора площею всього в 1,9-2,4 м2 виявляється цілком достатньо для вироблення потрібної кількості води. Однак ефективність повністю залежить від того, наскільки правильно розрахована система. У Росії поширення набули колектори обох типів. У лінійці Bosch представлені плоскі сонячні колектори, зроблені в Німеччині. Вони найбільш надійні і здатні ефективно працювати круглий рік. На колекторах встановлені стійке до погодних змін скло і абсорбер зі спеціальною структурою, яка підвищує ефективність пристроїв.Костянтин Ереміхін
Продукт-менеджер компанії «Бош Термотехніка»
Монтаж сонячного колектора на даху
На крокви встановлюються опори, робиться виріз в черепиці
Місце вирізу герметизується
Блок колектора фіксується за допомогою гаків, прикріплених до рейки. Мідні трубопроводи в контурі з'єднуються пайкою твердим припоєм або прес-фітингами
Порівняння плоскопанельних і трубчастих колекторів
| параметри | плоскопанельні | трубчасті |
| вартість | На 20-30% нижче, ніж у вакуумних того ж класу | дорожчі |
| Робота протягом дня | ККД сильно змінюється протягом дня, від мінімуму при сході сонця до максимуму, коли сонце в зеніті, далі ККД знову знижується до мінімуму | За рахунок трубчастої форми колектора і дзеркального ефекту сонячні промені використовуються більш ефективно і ККД майже не змінюється протягом дня |
| Робота в холодну пора року | ККД на 30-40% нижче, ніж у вакуумних | Більш високий (на 30-40%) ККД за рахунок менших тепловтрат |
| міцність, стійкість до ударів | висока | низька |
| ремонтопридатність | низька | Висока (можна замінити пошкоджену секцію) |
| парусність | Висока (необхідно більш міцну основу) | Середня |
Сонячні колектори монтуються за допомогою жорсткої монтажної шини на чотири опорних гака, по два вгорі і два внизу
Система сонячного теплопостачання примусової циркуляції KAIROS MACC CD1
Варіанти сонячних колекторів Kairos для горизонтального монтажу
І вертикального монтажу
У гарну погоду сонячні колектори дозволяють повністю забезпечити потреби домовласників в гарячій воді
Варіант діагонального підключення колекторів (холодна рідина надходить по правому нижньому патрубку і виходить за допомогою лівого верхнього)
Сонячні колектори можуть розміщуватися не тільки на дахах, а й на будь-якому відкритому місці
За кордоном сонячні колектори міцно увійшли в повсякденний побут і активно використовуються для комунальних потреб
Самопливні комплекси з сонячного колектора і накопичувального бака - простий і ефективний спосіб забезпечити будинок гарячою водою в літній сезон
Готова система природної циркуляції Kairos Thermo HF (Ariston) (110 тис. Руб.)