2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Солнечный коллектор (фото, расчет, пошагово)

Содержание

Расчет тепловой мощности от гелиосистем. Окупаемость солнечного коллектора.

Добрый день, уважаемые читатели. Хотим поделиться расчетом выделения тепла солнечными установками.

Солнечная инсоляция — это облучение поверхностей солнечным светом, поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.

Для примера рассмотрим плоские солнечные панели Vaillant VFK 135/2 VD (Германия). Площадь (абсорбер) одно коллектора 2,33 м2. Сколько тепла можем получить от одного коллектора? Для этого нам нужно знать КПД панели и солнечную инсоляцию в данный период времени. Существует таблица, в которой разбито по месяцам средняя солнечная инсоляция в сутки на 1 м2 площади поверхности.

Берем декабрь — самый наименьший показатель инсоляции в году 1,86 кВт*ч/сутки. Коэффициент КПД одной панели Vaillant VFK 135/2 VD — 78,5%. Следовательно одна панель в декабре месяце (в среднем) 1,86*2,33*0,78=3,38 кВт*ч/сутки. (1,86 кол-во инсоляции в декабре, 2,33 площадь абсорбер солнечной панели, 0,78 КПД солнечной панели).

Теперь приведем пример в июле месяце. 6,28*2,33*0,78=11,41 кВт*ч/сутки. В июле продолжительность солнечного дня составляет 15 часов, 11,41/15=0,76 кВт/час. Для примера этой мощности хватит, что бы нагреть два бойлера по 100 литров при входной температуре 15 градусов до 65 градусов за 16 часов, тем самым обеспечить ГВС (горячим водоснабжением) семью из 3-4 человек.

Окупаемость солнечных коллекторов. Чем выше вклад установки в потребление тепловой мощности потребителем, тем меньше ее срок окупаемости. В основном это коттеджи, гостиницы, санатории, пансионаты и пр. объекты, где большой расход тепловой энергии на нагрев воды, подогрев бассейна, поддержка существующей системы отопления. Для примера возьмем гостиницу на 15 номеров с потреблением воды (50 градусов) 2500 л/сутки. 50 человек по 50 литров горячей воды.

Проведем расчет количества тепла (Q) для нагрева воды от текущей температуры (tт) до заданной (tз). Формула Q = G х Ro х C х (tт — tз) — 2,5*1000*1(50-15)=87500 ккал (2,5 м3 воды, 1000 плотность воды кг/м3, 1 удельная теплоемкость воды, 50 температура нагретой воды, 15 начальная температура воды). Переведем ккал в кВч (1000 ккал = 1,16 кВч). 87,5*1,16=101,5 кВч. Для нагрева 2500 литров воды с 15 до 50 градусов потребуется затратить 101,5 кВч. Исходя из объектов, где используются солнечные панели с таким потреблением воды, рассчитаем их окупаемость. 10 панелей по 2,33 м2 площади абсорбера, получаем общую площадь 23,3 м2. Считаем количество тепла, в сезонное время (апрель-сентябрь). Приводим максимальное значение (условия полное потребление 2500 литров горячей воды в день). 23,3*0,78*4,58=85,37 кВч (Апрель) 23,3*0,78*5,51=100,13 кВч (Май) 23,3*0,78*5,89=107,04 кВч (Июнь) 23,3*0,78*6,28=114,13 кВч (Июль) 23,3*0,78*5,62= 102,13 кВч (Август) 23,3*0,78*4,75 = 86,32 кВч (Сентябрь).

По диаграмме видно, что 10 панелей способны обеспечить пиковую нагрузку на протяжении летнего сезона, апрель и сентябрь вряд ли будут нуждаться в пиковых нагрузках на приготовление горячей воды, а если все таки потребуется, есть альтернативный источник тепла к примеру электрический котел. Итого за 6 месяцев суммарно нагревая 2500 литров воды с 15 до 50 градусов каждый день солнечная установка из десяти плоских панелей способна выработать до 17300 кВт тепловой энергии в курортный сезон.

Рассчитаем на примере подогрева воды электричеством, 1 кВт возьмем для примера стоимостью 5 руб. Итого за сезон мы бы затратили/сэкономили 17300*5=86500 руб. Что бы рассчитать окупаемость, нужно взять стоимость установки в целом, включая материалы для монтажа, стоимость работ. У каждого производителя солнечных гелиоколлекторов свои нюансы, и своя стоимость. Далее стоит поделить сумму вложения установки на 86500 и получим кол-во лет, за которые она полностью окупится. Сумма вложений 800 тыс рублей, окупаемость = 9 лет.

Читать еще:  Простейший разборный стол из листа фанеры (раскрой)

Солнечный коллектор: изготовление своими руками и особенности эксплуатации

Владельцы частных домов часто задаются вопросом, как минимизировать расходы на отопление и горячее водоснабжение. Вариантов решения может быть несколько, однако в условиях роста цен на энергоресурсы они оказываются достаточно затратными.

В такой ситуации использовать солнечные коллекторы для отопления дома оказывается выгодно, особенно при нечастом посещении дачи в теплое время года.

Краткое содержимое статьи:

Достоинства оборудования

Для функционирования коллекторов не требуется использование дополнительных источников энергии. Работа оборудования базируется на применении возобновляемых природных источников энергии.

Каждый квадратный метр коллектора обеспечивает среднегодовую экономию 800 кВт. Даже в зимний период существует возможность обогревать до 30-40% жилой площади в загородном доме.

Конечно, КПД зависит от типа устройства и его модели, но уже сейчас автоматизированные модификации дают 75%-е преобразование энергии солнца в целях отопления.

На фото солнечных коллекторов представлены различные модели. Большинство из них обладает такими преимуществами:

  • обеспечение автономного отопления и подогрева воды в любое время года;
  • длительный период эксплуатации;
  • высокий уровень окупаемости – в среднем до 4-5 лет;
  • независимость от роста тарифов на энергоресурсы;
  • использование для отопления жилых и хозяйственных помещений;
  • возможность простого подключения к существующей автономной системе отопления;
  • экологичность оборудования;
  • минимизация нагрузки на внутреннюю электросеть;
  • мобильность с позиций подстройки под конкретные условия эксплуатации.

Однако прежде чем изучать инструкцию, как можно собрать солнечный коллектор, необходимо понять и его недостатки.

Во-первых, это высокая стоимость самого оборудования, которое может быть доступным не каждому дачнику.

Во-вторых, эффективность работы устройства зависит от множества факторов – климатических условий, окружающего ландшафта, формы и направленности ската крыши, продолжительности светового дня и т.д.

Разновидности оборудования

В южных солнечных регионах КПД использования может достигать 95%, хотя в северных районах эффективность значительно снижается. Для тех, кто интересуется, какие бывают солнечные коллекторы, целесообразно рассмотреть основные виды солнечных коллекторов.

Плоская модель

В специальном ящике из алюминия смонтированы медные трубки. В нижней части устанавливается теплоизоляционная защита. Верхнюю поверхность конструкции представляет полотно из закаленного стекла и пропилен-гликоля. Оно обеспечивает поглощение лучей солнца для последующего преобразования устройством в тепловую энергию. Это бюджетный вариант оборудования, которое работает круглогодично.

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.

Воздушный коллектор

В работе используется парниковый эффект. Попадающие на покрытие коллектора лучи полностью поглощаются. После получения заряда приемником он начинает нагревать воздух, расположенный во внутренней полости. Этот разогретый воздух направляется в помещение при помощи вентилятора или посредством конвекции естественного типа.

Особенности выбора оборудования

Чтобы выбрать хороший солнечный коллектор для нагрева воды и обогрева, необходимо учесть такие параметры:

  • Плоские модели отличаются повышенной прочностью, но поломка может испортить всю адсорбционную систему. Нагревают воду на 30-40 градусов теплее среды.
  • Вакуумные модификации подвержены воздействию внешних факторов, а их полые трубки очень хрупкие. Отличаются эффективностью в зимний период.
  • Воздушные модели конструктивно просты, не требуют обслуживания, способны работать при низких температурах. Степень прогрева меньше по сравнению с другими моделями.
  • При покупке надо определиться с проектом системы и способом крепления.
  • Вертикальный монтаж выгоден в регионах с большим количеством снега, но КПД при этом будет снижаться.
  • Оптимальный способ монтажа – строго на юг или со смещением до 30 градусов.
  • Номинальная мощность устройства задает выработку тепла при расположении солнца в зените.
  • Для морозных периодов требуется оборудование с повышенным сохранением температурного режима.
Читать еще:  Кровать под матрац 2000х1600 мм

Как установить солнечный коллектор

После того как устройство куплено, главным вопросом становится установка и подключение солнечных коллекторов своими руками. При эксплуатации в летний период устройство можно применять для летнего душа и хозяйственных потребностей.

Для организации подачи воды в летнее сооружение бак целесообразно ставить на воздухе, а если обеспечивается водоснабжение дома, то монтаж аккумулирующей емкости производится там же.

При использовании принципа естественной циркуляции жидкости, коллектор ставится ниже уровня бака для горячей воды. Разница в высоте обычно составляет 80-100 см. Движение воды обеспечивается расхождением в плотности воды с разной температурой.

Коллектор соединяется с баком при помощи труб, диаметр которых не меньше 3/4 дюйма. Для стенок бака потребуется теплоизоляция. Применяют минвату слоем 10 см и полиэтилен, который компенсирует отсутствие крыши. Эксперты рекомендуют применять навес, защищающий бак от влаги снаружи.

Если вас интересует пошаговая сборка солнечных коллекторов своими руками, то надо помнить, что естественное движение воды может быть неэффективным, особенно при большом расстоянии между баком и поглощающей солнце поверхностью. Чтобы компенсировать этот недостаток, целесообразно поставить насос циркуляционного типа.

Изготовление коллектора дома

Конструкцию можно соорудить из разных подручных материалов и в домашних условиях, например из старого змеевика от холодильника:

  • Очистите его полностью от фреона, соорудите реечный каркас и резиновый коврик. В каркасе предусмотрите отверстия для трубок змеевика.
  • В донной части каркаса установите коврик и накройте его фольгой.
  • Змеевик крепится болтами с хомутами сверху фольги.
  • Выведите трубки от змеевика в отверстия.
  • Каркас над змеевиком накрывают стеклом и закрепляют его.
  • Трубы из коллектора подсоединяют к баку с вентилем. Из нижнего участка бочки должна выходить труба, по которой охлажденная вода для нагрева будет выводиться к коллектору.

Система для обогрева дома и нагрева воды эффективна и может с успехом применяться на дачных участках. При необходимости устройство может быть собрано и установлено в домашних условиях самостоятельно.

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

  • корпус с теплоизоляцией;
  • нижний экран, абсорбер;
  • радиатор с аккумулирующими ребрами;
  • верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

  • воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
  • внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
  • происходит нагрев воздуха;
  • разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

  • газ до 315 м³;
  • дрова до 3,9 м³.
Читать еще:  Как приготовить помидор: рецепты простых и изысканных блюд с помидорами. Фаршированные свежие томаты, вяленые и запеченные томаты. Консервация томатов

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

  • в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
  • перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
  • в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

  • Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
  • Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

  • каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
  • для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.


Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.


Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector