Инновации в энергосбережении
Работа для солнца
Совсем не обязательно тратить дорогостоящую электроэнергию полностью на отопление и подогрев воды в частном доме. Часть этой работы можно поручить солнцу. Тем более что существующие на сегодня модели гелиосистем позволяют подобрать приемлемый вариант для эксплуатации в разных регионах и в соответствии с разными условиями проживания. Важно только правильно оценить все исходные данные и сделать разумный выбор.
Сейчас в мире вводится в эксплуатацию более 3 млн. гелиосистем в год, причём, цифры эти год от года растут и не только за счёт стран с тёплым климатом. Свою эффективность солнечные коллекторы доказали даже в климатических условиях Аляски.
Плоский или вакуумный?
Солнечная энергия - самый крупный энергетический источник на Земле. Количество тепла, поступающего на 1 м2 поверхности Земли в год, оценивается в 3,16х109 КДж. Общее количество солнечной энергии в 20000 раз превышает современное потребление энергии мировым хозяйством. Используя систему солнечного отопления, можно получить до 50-60% горячей воды, необходимой в течение года для отопления и бытовых нужд. А в летнее время солнце полностью обеспечит дом горячей водой. Можно и более эффективно использовать солнечную энергию, если найти способ использовать воду, нагретую солнцем, для работы стиральных и посудомоечных машин.
Одним из универсальных видов альтернативной энергетики в мире являются гелиосистемы, с помощью которых потребитель получает тепло и горячую воду практически по нулевому тарифу.
Установка такой системы может быть запланирована ещё на стадии строительства дома или другого комплекса, а может быть подсоединена к существующей системе теплоснабжения. Внутри здания устанавливается бойлер гелиосистемы, на крыше - солнечный коллектор. Отопление зданий системой теплых полов оптимально солнечными водонагревателями, так как в этом случае температура теплоносителя требуется значительно ниже. Эта система подходит для обогрева плавательных бассейнов, при этом экономично расходуется утилизированная тепловая энергия. Особенную эффективность утилизации энергии окружающей среды имеют комбинированные системы, использующие солнечные коллекторы вместе с тепловыми насосами, газовыми и твердотопливными котлами и другими источниками теплоснабжения.
Сердце системы - это коллектор, который представляет собой устройство, позволяющее эффективно использовать энергию солнечного излучения для нагрева теплоносителя.
Солнечные коллекторы бывают плоские (плоскопанельные) и вакуумные. Различия в их работе отражает таблица:
| Плоский коллектор | Вакуумный коллектор с тепловыми трубами |
| Коллектор помещают в корпус с защитным стеклом для снижения тепловых потерь. Воздушный зазор между стеклом и поглощающей панелью допускает значительные тепловые потери, особенно в холодные и ветреные дни (до 80% от суммарного падающего теплового потока). | Каждая медная тепловая трубка с запаянной в ней легкокипящей жидкостью размещается внутри стеклянной вакуумной колбы с целью минимизации тепловых потерь (эффект термоса), что позволяет значительно повысить тепловую эффективность коллектора по сравнению с плоским коллектором, особенно в зимний период. |
| Коллектор обладает высоким гидравлическим сопротивлением, так как теплоноситель циркулирует по разветвлённой длинной системе трубопроводов малого диаметра. Это требует большей мощности насоса и приводит к повышенному энергопотреблению системы. | В верхней части коллектора находится общая тепловая труба – устройство, обладающее «сверхпроводимостью», в которую эффективно передается тепло, преобразованное из солнечной энергии поглощающей поверхностью вакуумных трубок, что позволяет в 3 – 10 раз снизить гидравлическое сопротивление солнечного контура коллектора, соответственно, снизить мощность и энергопотребление насоса. |
| Если коллектор работает без контроллера, то он может отбирать накопленную теплоту (т.е. саморазряжаться), если его температура станет ниже температуры воды в баке-аккумуляторе. | Тепловая труба функционирует по принципу теплового диода. Тепловой поток передаётся только в одном направлении: от коллектора к теплоносителю и никогда – в обратном направлении, даже без контроллера. |
| Коллектор при установке требует точной ориентации на юг, а также определённого угла наклона относительно поверхности (например, крыши дома). | Вакуумный коллектор менее требователен к выбору места установки, а также допускает определённую эстетическую и архитектурную свободу при установке. |
| При разрушении стекла резко падает эффективность работы коллектора. Требуется немедленный демонтаж коллектора и замена стекла по всей плоскости коллектора в мастерской. | Разрушение одной или нескольких стеклянных труб не приводит к существенному падению эффективности работы коллектора. Его демонтаж не требуется, так как замена стеклянных или тепловых труб проводится на месте. |
| Сложность транспортировки и монтажа. Панель должна целиком транспортироваться и подниматься для установки на крышу. | Удобство транспортировки и монтажа. Коллектор можно транспортировать в виде отдельных элементов в заводской упаковке, что обеспечивает удобство при транспортировке и его лучшую сохранность. Лёгкие отдельные трубки коллектора собираются в систему непосредственно на месте установки. |
Подробнее о вакуумных коллекторах
Вакуумный солнечный коллектор – система, применяющаяся для преобразования энергии солнца в тепловую энергию. При производстве вакуумного солнечного коллектора используют наилучший теплоизолятор – вакуум. Общие потери тепла в коллекторе минимальны, так как в вакууме не происходит потерь на теплопроводность и конвекцию. Поэтому КПД вакуумного коллектора сохраняется стабильно высоким даже при неблагоприятных погодных условиях – температуре воздуха до -45°С и рассеянном солнечном свете, а его производительность до 40% выше, чем у других видов коллекторов.
Важной деталью конструкции вакуумного солнечного коллектора является абсорбирующий слой, который нанесен на наружную поверхность внутренней колбы вакуумной трубки (где находится вакуум). Сама трубка и поглощающее покрытие имеют форму цилиндра, что позволяет максимально эффективно использовать для преобразования каждый солнечный луч – от восхода и до заката. Благодаря этому вакуумный коллектор гораздо эффективнее и способен улавливать рассеянную энергию солнца, в отличие от плоских коллекторов, и может произвести до 40% тепловой энергии больше, чем другие системы с аналогичной площадью абсорбера.
Вакуумный солнечный коллектор включает в себя комплект вакуумных трубок, бак для воды, подпорную раму и контроллер. Трубки коллектора выполняются из особого ударопрочного (боросиликатного) стекла, которому не страшен даже град до 35 мм. Вакуумные коллекторы хорошо зарекомендовали себя в регионах с суровым климатом, где нередки шквальные ветра и даже ураганы (за счет промежутков между трубками они не создают парусность). Замена вакуумных трубок в случае их повреждения не вызывает особого затруднения, так как не требует полной остановки и слива всей системы, и вовсе не дорогостояща. Бак для воды двухслойный, а современный эффективный утеплитель пенополиуретан между его слоями превращает бойлер в термос.
Вакуумные солнечные коллекторы бывают:
- сезонные, в которых бак и коллектор расположены на улице и представляют собой единую емкость (термосифонные системы без давления , где трубки заполнены водой),
- круглогодичные, в вакуумных трубках которых установлены медные тепловые вставки и в силу отсутствия здесь воды нет опасности размораживания самих колб; бак находится в помещении, коллекторы – на улице (сплит-системы).
Для круглогодичной эксплуатации также используются компактные солнечные водонагреватели под давлением, которые внешне схожи с системами без давления, но в них используются вакуумные трубки такие же, как в сплит-системах.
- служащие только для подогрева воды (системы без давления и компактные водонагреватели под давлением),
- используемые для подогрева воды и предварительного нагрева отопления (сплит-системы).
«Мозг» системы
Если солнце не справляется…
Когда ресурсы светила заканчиваются, и его энергии не хватает, чтобы и обогреть дом, и обеспечить его достаточным количеством горячей воды, то приходится прибегать к привычному нам источнику энергоснабжения. Причём, самим, что называется, «ловить момент», нет никакой необходимости, так как все гелиосистемы снабжены собственным «мозгом» под названием «контроллер». Благодаря использованию контроллеров, современные гелиосистемы автоматически поддерживают оптимальные параметры циркуляции, поглощения и передачи солнечной энергии для производства тепла, имеют режим антизамерзания, обеспечивают комфортную заданную температуру. Для каждого вида гелиосистем разработаны специальные контроллеры, что позволяет осуществлять интеллектуальный контроль их работы.
Основные функции контроллера:
- установка параметров по времени с помощью встроенного таймера,
- самотестирование при включении,
- настройки верхнего и нижнего пределов нагрева,
- постоянный нагрев,
- быстрый нагрев,
- функция Holiday ("отпуск"),
- функция высокотемпературного байпаса,
- ручное программирование и сброс параметров,
- индикация значения температуры нагрева и других параметров.
Технические характеристики:
Источник питания: 220 В переменного тока. Потребляемая мощность: меньше 5 Вт
Точность измерения температуры: плюс-минус 2 градуса С.
Диапазон измерения температуры: 0-99 градусов С.
Мощность управляемого электрического нагрева: больше 1500 - 2500 Вт.
Область применения солнечных коллекторов:
• производственные комплексы любого направления и масштаба,
• сельскохозяйственные предприятия,
• учреждения здравоохранения: больницы, поликлиники, санатории, профилактории, центры здоровья и др.,
• спортивно-оздоровительные комплексы: бассейны открытые и закрытые, стадионы, туристические базы, зоны отдыха,
• детские учреждения: детские сады, школы, центры детского творчества, летние лагеря и др.,
• гостинично-туристические комплексы,
• торгово-развлекательные комплексы, небольшие автономные магазины,
• рестораны, кафе, столовые и другие пункты общественного питания,
• мобильные социально ориентированные пункты,
• частные дома, коттеджи, дачи,
• офисы,
• объекты железнодорожного, автомобильного и другого транспорта, портов, МЧС и пр.,
• автомойки, автозаправочные станции, теплицы и еще многие разнообразные объекты
– практически везде, где есть холодная вода и дневной свет.
Солнечные водонагреватели позволяют решить целый ряд вопросов:
• автономное горячее водоснабжение (круглогодичное или сезонное);
• поддержка полного или дежурного отопления для помещений любой площади;
• оптимизация существующих систем горячего водоснабжения и отопления.
• подогрев воды в закрытых или открытых бассейнах;
• обогрев теплиц;
• использование горячей воды в технологических целях.
Преимущества солнечных установок:
• Это существенное уменьшение затрат на обогрев дома, любого другого здания и на горячую воду. Использование солнечных коллекторов дает возможность уменьшить затраты на нагрев горячей воды на 60-100%, затраты на отопление - на 30-70% в год!
• Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат, также при отоплении зданий и обеспечении потребителей горячей водой в случае перебоев в электро- и газоснабжении, т.к. система является автономным источником тепловой энергии.
• Увеличение срока службы основной или вспомогательной отопительной системы: уже имеющегося бойлера или газового котла - от 2 раз, т.к. дает возможность до 97% уменьшить нагрузку на него существующей системой;
• Возможность интегрирования в существующую систему теплоснабжения и горячего водоснабжения.
• Сохранение природы и экологии в целом, защита здоровья людей за счет отсутствия загрязнения окружающей среды.
Нюансы установки
Эффективность работы гелиосистем во многом зависит от правильной их установки. И здесь роль играют разные, казалось бы, мелочи.
Во-первых, угол наклона коллектора. От величины угла относительно линии горизонта, зависит работа коллектора. Наибольшее количество энергии воспринимается панелью коллектора при расположении его плоскости под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от географической широты места, времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора специалисты выполняют в соответствии с высотой солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии. Для европейской части России рекомендуется угол наклона 50 - 65° (именно под таким углом располагается поддерживающая конструкция для солнечных коллекторов, которая поставляется в комплекте с гелиосистемой).
Общепринятым углом наклона коллектора в месте установки является соответствующее значение широты местности. Не рекомендуется устанавливать коллектор с углом наклона меньше 20°, поскольку тепловые трубки наиболее эффективно работают в диапазоне от 20° до 70°. Приемлемым является угол +/-10° от широты, при котором не наблюдается значительного снижения производительности системы. Угол ниже градуса широты на 15о увеличивает теплоотдачу в летнее время, в то время как увеличение угла на 15о приводит к увеличению эффективности системы в зимнее время.
Во-вторых, ориентация установки к сторонам света. Ведь тепловые трубки системы должны ловить наибольшее количество солнечных лучей, а потому чем меньше отклонение плоскости коллектора от направления на юг, тем лучше. В идеале следовало бы учитывать режим потребления тепловой энергии (если больше потребляется утром, то лучше ориентировать на юго-восток и т.д.), но не всегда это чётко понятно. Лицевая сторона коллектора должна располагаться по направлению к экватору, который в северном полушарии находится в направлении географического юга, а в южном – наоборот. Отклонение до 10 градусов от южного или серверного направления является допустимым и не окажет значительного влияния на величину теплоотдачи.
В-третьих, отсутствие тени. Коллекторы от солнца не должны загораживать ни соседние здания, ни деревья, ни линии электропередач и т.п.
В-четвёртых, рекомендуемая близость к другим объектам. Так, во избежание длинных трубных соединений коллектор следует размещать максимально близко к баку-аккумулятору, который в свою очередь следует расположить максимально близко к сливному трубопроводу.
Варианты установки солнечного коллектора:
- крыша здания,
- балконы,
- архитектурные выступы сооружения,
- земля (кроме системы без давления).
При перепечатке материалов (гипер)ссылка на источник обязательна.
Узнать больше:
Остались вопросы? Напишите нам: andi-group@yandex.ru
