Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Одной из наиболее эффективных солнечных технологий является система вакуумных коллекторов для получения горячего водоснабжения.

На сегодняшний день наиболее рациональный способ использования солнечной энергии — вакуумные коллекторы системы ГВС. Наш обзор ответит на основные вопросы по особенностям работы гелиоустановок, их монтажу и использованию для бытовых нужд частного дома.

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.

Принцип действия

В большинстве случаев такие солнечные коллекторы используются для нагрева воды в теплое время года. Они собираются из металлических трубок, которые нагреваются на солнце и передают его тепло воде. Такие приборы могут быть разной формы и размера, но по сути представляют собой систему из металлических труб, по которым движется теплоноситель, а сами трубки нагреваются солнцем. Нагретая вода поступает в накопитель.

Более сложными являются устройства, которые предназначены для использования в холодное время года. Их особенностью является способность улавливать и сохранять тепло при низких температурах окружающей среды. При этом внутренняя часть системы должна разогреваться достаточно сильно, чтобы была возможность отапливать помещение.

В таких приборах необходимо одновременно изолировать теплоноситель от окружающей среды для сохранения полученного тепла и оставлять его прозрачным для солнечных лучей. Поэтому приборы, предназначенные для зимнего периода, имеют более сложную конструкцию.

Трубки представляют собой стеклянные термосы из достаточно толстого стекла. Внешняя поверхность трубки прозрачна. Внутренняя стенка покрыта черной краской. Из пространства между двух стенок полностью откачан воздух. В вакууме солнечные лучи без препятствий достигают внутренней темной стенки. Энергия не может выйти наружу в виде тепловых лучей, так как вакуум обладает крайне низкой теплопроводностью.

Солнечные коллекторы для отопления дома существенно дороже обычных солнечных водонагревателей, используемых в летнее время на даче. Используются они в дополнение с действующей отопительной системой для того, чтобы снизить нагрузку на неё и дать дополнительную экономию денежных средств.

Монтаж и сборка солнечного вакуумного коллектора «Универсал» модель CP-II

Установка солнечного водонагревателя.

Солнечный водонагреватель СР-II представляет собой активную систему под давлением, которая устанавливается на открытом воздухе.

Место установки солнечного водонагревателя:

крыша дома и других строений (плоская или скатная);
балконы, архитектурные выступы здания;
земля (открытая для солнца местность).

Варианты монтажа солнечного коллектора

Угол наклона солнечного коллектора.

Угол наклона – это угол между горизонталью и солнечным водонагревателем (опорной рамой с вакуумными трубками). При установке системы на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается рамой с вакуумными трубками при расположении ее под прямым углом к на-правлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию гелиоустановки следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.

Для европейской части России рекомендуется угол наклона 40 — 65°.

Азимут описывает отклонение гелиоустановки от направления на юг; если солнечная система ориентирована на юг, то азимут = 0°. Чем меньше отклонение 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 четко понятно.

Установка солнечного водонагревателя должна быть выполнена таким образом, чтобы незначительным было воздействие дающих тень соседних зданий, деревьев, линий электропередач и т.п.

Сборка солнечного коллектора.

Рекомендуется до установки солнечного водонагревателя убедиться в целостности и работоспособности гидравлической системы, в которой он будет монтироваться, а также проверить отсутствие утечек и правильность подсоединения водопроводной сети. Структура солнечного коллектора.

Рис. Структура солнечного коллектора

1 – бак для воды; 2 – наружный слой бака; 3 – внутренний слой бака; 4 – вакуумные трубки; 5 – медные тепловые трубки, установленные внутри вакуумной стеклянной трубки; 6 – подпорная рама, материал – сталь с гальваническим покрытием; 7 – отражающая пластина – дополнительная опция; 8 – резиновое уплотнение; 9 – предохранительный клапан; 10 – датчик контроллера; 11 – выход горячей воды; 12 – крепеж для установки вакуумных трубок на раме.

Читать еще: Саморегулирующийся греющий кабель для водопровода: обзор монтажной технологии

Монтаж солнечного водонагревателя.

Монтаж компактного солнечного нагревателя производите в прохладную погоду либо в прохладное время суток. Не допускайте нагрева вакуумных трубок на солнце при монтаже.

Внимание: даже нагретые на солнце снаружи исправные вакуумные трубки всегда остаются холодными. По окончании монтажа системы заполните бак водой и проверьте систему на герметичность.

Инструменты и материалы, которые потребуются во время монтажа солнечного нагревателя:

тканевые перчатки,
металлические соединительные детали,
гаечный ключ,
жидкое мыло/мыльный раствор и т. д.

После визуальной проверки комплектности оборудования, перейдите к сборке опорной конструкции. Сборка опорной рамы производится согласно фотографиям и рисункам, включенным в инструкцию, с помощью болтов и гаек, прилагаемых к комплекту рамы — каркаса.

После того, как конструкция рамы будет жестко закреплена, снимайте гайки с нижней части бака для воды и установите его наверху рамы. Затем поставьте гайки на место, постепенно затягивая их в нижней части водонагревателя. Полностью затянуть гайки нужно будет после установки вакуумных трубок на раму.

Установите черные круглые пластиковые кольца для крепления вакуумных трубок на горизонтальную планку с отверстиями для крепежа, расположенную в нижней части рамы.

Перед установкой вакуумных трубок наденьте на стеклянную трубку черное силиконовое кольцо; для эффективности теплопередачи медный наконечник теп-ловой трубки, выступающий из вакуумной трубки, смажьте термопастой, а для удобства монтажа верхнюю часть стеклянной трубки (примерно на 5-7 см) смажьте жидким мылом.

Осторожно вставьте трубу в бак, медленно и мягко, чтобы не повредить трубу, поворачивайте ее в направлении по часовой стрелке, держа вакуумную трубку за среднюю и нижнюю часть до проникновения медного наконечника в бак. После этого установите черное силиконовое уплотнительное кольцо в место соединения трубки с баком.

Когда вакуумная трубка будет установлена в бак, в пластиковое кольцо, установленное в нижней части рамы, завинтите поддерживающую трубку черную пластиковую чашечку.
Таким образом, установите поочередно все вакуумные трубки.

Общая схема соединений.

Важно ознакомиться с предлагаемой схемой с целью правильного расположения внешних компонентов монтажа системы и их размещения в баке аккумуляторе.

При установке этой системы подсоедините подачу воды к трубе, находящейся внизу бака (с меткой входа подачи холодной воды). Плотно затяните предохранительный клапан наверху бака. После завершения монтажа соединений, откройте дренажное отверстие предохранительного клапана, чтобы сбросить давление из бака. Закройте отверстие после того, как бак будет заполнен водой.

Основные устройства и материалы, требуемые для установки.

Клапаны：для выполнения монтажа данной солнечной системы потребуется шесть клапанов:

один одноходовой клапан (включенный в комплект поставки системы);
один предохранительный клапан (включенный в комплект поставки системы);
один смесительный кран (на каждую точку разбора воды, чтобы смешивать холодную и горячую воду до комфортной температуры);
три шаровых крана (два для трубы с холодной водной, один для трубы горячей воды);
рекомендуется: смеситель/смесители с терморегуляторами (устанавливаются в точках разбора воды для комфорта и безопасности использования горячей воды стабильной температуры).

Труба: Медная труба для подачи холодной воды в бак-гидроаккумулятор. Подводящая часть трубы (место соединения трубы и бака-гидроаккумулятора) должна быть изолирована водонепроницаемым эластичным уплотнительным кольцом из неопрена или другой разновидности каучука толщиной 3/8” (≈ 1см).
В случае использования трубы, изготовленной только из поливинилхлорида, трубопровод и соединительные детали должны иметь высокие показатели прочности, теплостойкости, стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения, максимальное рабочее давление должно быть равно 6 кг/см2.

Труба должна быть установлена с минимальным количеством изгибов и колен.

Количество соединений и длина труб зависит от конкретных условий установки.

Вакуумная модификация

Устройство содержит в своей конструкции множество трубок, изготовленных из меди. Они располагаются равномерно рядами. Трубка, содержащая вещества с поглощающим и отражающим эффектом, устанавливается в большую по диаметру стеклянную трубку-колбу.

Между их стенками остается пространство с вакуумом. Он играет роль теплоизолятора и проводника энергии. У вакуумных коллекторов площадь поглощения солнечной энергии больше, а поэтому они обладают высоким КПД.

АНДИ Групп cерия Универсал модель CP-II

1 бак для воды; 2 наружный слой бака; 3 внутренний слой бака; 4 вакуумные трубки; 5 медные тепловые трубки, установленные внутри вакуумной стеклянной трубки; 6 подпорная рама, материал сталь с гальваническим покрытием; 7 отражающая пластина дополнительная опция; 8 резиновое уплотнение; 9 предохранительный клапан; 10 датчик контроллера; 11 ; выход горячей воды; 12 крепеж для установки вакуумных трубок на раме.

Установка солнечного водонагревателя.

Место установки солнечного водонагревателя:

крыша дома и других строений (плоская или скатная);
балконы, архитектурные выступы здания;
земля (открытая для солнца местность).

Инструменты и материалы, которые потребуются во время монтажа

тканевые перчатки,
металлические соединительные детали,
гаечный ключ,
жидкое мыло/мыльный раствор и т. д.
солнечного нагревателя:

Основные устройства и материалы, требуемые для установки.

Клапаны：для выполнения монтажа данной солнечной системы потребуется шесть клапанов:
один одноходовой клапан (включенный в комплект поставки системы);
один предохранительный клапан (включенный в комплект поставки системы);
один смесительный кран (на каждую точку разбора воды, чтобы смешивать холодную и горячую воду до комфортной температуры);
три шаровых крана (два для трубы с холодной водной, один для трубы горячей воды);
рекомендуется: смеситель/смесители с терморегуляторами (устанавливаются в точках разбора воды для комфорта и безопасности использования горячей воды стабильной температуры).

Труба: Медная труба для подачи холодной воды в бак-гидроаккумулятор; подводящая часть трубы (место соединения трубы и бака -гидроаккумулятора) должна быть изолирована водонепроницаемым эластичным уплотнительным кольцом из неопрена или другой разновидности каучука толщиной 3/8” (≈ 1см).
В случае использования трубы, изготовленной только из поливинилхлорида, трубопровод и соединительные детали должны иметь высокие показатели прочности, теплостойкости, стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения, максимальное рабочее давление должно быть равно 6 кг/см2.

Рекомендация: труба должна быть установлена с минимальным количеством изгибов и колен.

Примечание: в случае использования трубы и арматуры из поливинилхлорида важно, чтобы в соединениях использовались клеи и клеящие материалы, рекомендуемые поставщиком таких изделий.
В случае использования металлических труб под резьбу для герметизации резьбовых соединений рекомендуется применять уплотняющую ленту (ФУМ ленту). Количество соединений и длина труб зависит от конкретных условий установки.
Важно ознакомиться с прилагаемой схемой с целью правильного расположения внешних компонентов монтажа системы и их размещения в баке аккумуляторе.

Если солнечный водонагреватель будет использоваться в системе с низким давлением (например, холодная вода подается не из магистрального трубопровода, а из накопительного бака), то нижняя часть накопительной емкости должна быть расположена как минимум на 30 см выше верхней части водонагревателя.

Монтаж солнечного водонагревателя.

После визуальной проверки комплектности оборудования, перейдите к сборке опорной конструкции.

Перед установкой вакуумных трубок наденьте на стеклянную трубку черное силиконовое кольцо; для эффективности теплопередачи медный наконечник тепловой трубки, выступающий из вакуумной трубки, смажьте термопастой, а для удобства монтажа верхнюю часть стеклянной трубки (примерно на 5-7 см) смажьте жидким мылом.

Рекомендации: Монтаж компактного солнечного нагревателя производите в прохладную погоду либо в прохладное время суток. Не допускайте нагрева вакуумных трубок на солнце при монтаже.

Информация: После установки системы вакуумные трубки очень редко выходят из строя, так как в них нет воды.

Общая схема соединений

Читать еще: Кабель каналы: виды и размеры для электропроводки

Отзывы об отоплении солнечными коллекторами

Утверждение о том, что данные устройства не окупаются, многие считают спорным, ведь учитывать следует не только стоимость топлива, которое будет сэкономлено благодаря солнечному коллектору, но и стоимость подключения традиционного отопительного прибора.

По свидетельству одного из пользователей, за подключение электрокотла на 15 кВт ему пришлось заплатить 400 тыс. руб. (200 тыс. пришлось отдать за замену трансформатора).

Информацию о том, что трубчатые (вакуумные) коллекторы постоянно приходится очищать от снега, владельцы таких устройств подтверждают лишь частично: на округлой поверхности колб снег задерживается если она из-за образовавшейся изморози стала шероховатой. Если дует хотя бы легкий ветерок, проблем со снегом нет вообще. А вот плоскопластинчатые коллекторы засыпает снегом даже несмотря на сильный ветер.

Прочность вакуумных коллекторов, как свидетельствуют многие пользователи, также оказалась на высоте. Устройство выдерживает даже крупный град.

Среди производителей наивысшую оценку пользователей получили европейские компании, например, немецкая Wolf. Кое-что из китайской продукции, как показала практика, также заслуживает уважения, например, коллекторы компании Himin Solar.

Об эффективности солнечных коллекторов позволяет судить следующий факт: на широте Москвы в летний сезон установка из 45-ти вакуумных трубок в условиях переменной облачности способна за два-три часа довести воду в 300-литровом баке до кипения.

Есть масса причин, по которым имеет смысл соорудить солнечный водонагреватель своими руками. Самое главное – это то, что энергия бесплатная. Рассмотрим, как устроен солнечный водонагреватель, как его собрать и установить.

О преимуществах коллекторной системы отопления поговорим в этой теме.

Отличие солнечных батарей от коллекторов

Прежде чем продолжить описание основных характеристик и сферы применения гелиосистем для нагрева воды, нужно разобраться, чем отличаются солнечные батареи от коллекторов.

1) Солнечная батарея — устройство, которое генерирует электричество из энергии Солнца при помощи высокочувствительных фотоэлементов, объединенных в единую автономную систему. Поскольку фотоэлектрические преобразователи производят постоянный ток, дополнительно используется инвертор, который позволяет получить переменный ток, пригодный для бытовых нужд: электроснабжения и освещения.

2) Солнечный коллектор — функциональная сплит-система, главной задачей которой является поглощение ближнего инфракрасного излучения и видимого солнечного света. Батареи генерируют ток, а коллекторы нагревают жидкость внутри трубок. В этом их главное отличие.

Теплоноситель для солнечных коллекторов подбирается с учетом времени года, а также особенностей эксплуатации. Для многофункциональных конструкций обычно используют антифриз (незамерзающая жидкость), а системы сезонного типа заполняют водой. Сегодня можно купить и более универсальный вариант — гибридный солнечный коллектор. Это устройство привлекательно тем, что одновременно производит электроэнергию и нагревает воду. Преимущества его использования очевидны: фотоэлектрические модули охлаждаются активной системой отвода тепла, благодаря чему генерируется вдвое больше электроэнергии, а излишки теплоресурсов расходуются на нагрев воды.

Принцип действия

Все солнечные коллекторы работают по одному принципу: энергия ультрафиолетовых лучей преобразуется в тепло. Основной элемент конструкции — коллектор, внутри которого находятся тонкие трубки с теплоносителем. В качестве последнего обычно используют антифриз или воду.

Теплоноситель перемещается по трубкам и нагревается под воздействием солнечных лучей. По трубкам он циркулирует внутри бака, в котором находится вода. В то время как основной объём жидкости нагревается, теплоноситель остывает, и за счёт этого происходит его циркуляция по трубам. Принцип похож на то, как функционирует система охлаждения в автомобилях: избыточное тепло отводится от двигателя и расходуется, например, на поддержание температуры в салоне.

Отличие воздушно-солнечного коллектора от системы охлаждения в авто состоит в следующем: тепло не просто отводится из одного места в другое, а выполняет определённую функцию. С каждым годом солнечные коллекторы получают всё большее распространение, и учёные уверены, что именно за этими приборами будущее.

В скором времени, скорее всего, солнечные батареи будут в каждом частном доме

Интересные факты, свидетельствующие о том, что в скором времени солнечные лучи везде будут использоваться как источник энергии:

воздушный солнечный коллектор для отопления дома устроен сравнительно просто, и его можно сделать своими руками;
полученную энергию можно аккумулировать и направлять на различные нужды;
тепло не нуждается в транспортировке, а применяется там же, где и было получено;
процесс преобразования солнечной энергии в тепловую безвреден для окружающей среды;
коллекторы не нуждаются в дорогостоящем обслуживании, уход за ними минимален;
солнечная энергия бесконечна и практически бесплатна.

Но у этого источника тепла есть и минусы. Один из них — невозможность получать энергию солнца ночью. Другие недостатки:

эффективность работы оборудования прямо зависит от характеристик инсоляции, т.е. в пасмурную погоду, а также в период, когда световой день короткий, тепловой энергии удаётся получить меньше;
создание и установка коллектора потребуют финансовых и временных затрат;
в зимний период КПД заметно снижается.

В этом видео вы узнаете, все о воздушном солнечном коллекторе:

Стоимость установки солнечной системы обогрева

Если говорить о цене, то, заметим, что она невысокая. Средний ценник на солнечный коллектор составляет 400 долларов. Он может варьироваться в меньшую или большую сторону в зависимости от технических характеристик оборудования. Однако необходимо знать: чтобы в доме теплую атмосферу обеспечивали только солнечные установки, придется потратиться не на один, а примерно на десять коллекторов. Их общая площадь составляет 30 кв. м., что, по мнению специалистов, вполне достаточно для обогрева жилища. Также не стоит забывать, что придется оплатить и услуги специалистов, которые будут выполнять установку. На это придется потратить несколько сотен долларов.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация