Солнечный нагреватель воды: в чем плюсы и минусы такого агрегата

Что представляет собой солнечный водонагреватель? Обзор комплектов для нагрева воды от солнца с ценами и как сделать своими руками.

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

  • Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
  • Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
  • Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

  1. Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
  2. Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

Принудительная циркуляция более эффективна и позволяет располагать узлы системы в наиболее удобном порядке, не обращая внимание на перепады высот и объемов.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

  1. Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
  2. Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
  3. Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

От того, какой коллектор установлен в системе, и насколько он удачно вписывается во внешние условия региона — климат, погода, количество и продолжительность солнечных дней — зависит, насколько эффективной будет система нагрева воды от солнца.

Чем отличаются солнечные батареи от коллекторов?

Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.

При этом важно отличать: солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.

  • Солнечные коллекторы применяются для получения тепла и нагрева воды. Они нагревают воду которая используется для ГВС и отопления здания.
  • Солнечные батареи (они же фотоэлектрические модули) применяются для выработки электроэнергии. Они имеют совершенно другой принцип действия.Виды солнечных коллекторов

Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Источники: term.od.ua

Изготавливаем водонагреватель с помощью нагревательной ёмкости

Это самый простой вариант.
Обычную ёмкость в виде бочки, старого бака, устанавливают на крыше летнего душа или дома, сарая и подключают через шланг к обычному крану.

Если ёмкость окрасит в чёрный цвет, нагрев будет происходить быстрее.

К концу дня вода прогревается примерно до 45С. Эти данные справедливы для полиэтиленового бака в 200-300 литров. Желательно, чтобы он был плоским – это повышает эффективность нагрева.

Весь минус в том, что всю воду необходимо использовать вечером, т.к. утром она станет холодной.

Чтобы «ликвидировать» этот недостаток, придётся утеплять саму ёмкость или сливать нагретую воду в опять-таки утепленный резервуар. Можно воду просто подать в бойлер и, когда она остынет, подогреть. Хоть сколько-то электричества, но экономится.

Ещё один вариант – держать бойлер постоянно подключённым к установленному на крыше резервуару. Тогда вода будет постоянно циркулировать; её можно будет использовать в режиме «онлайн».

Существенный недостаток системы в том, что она не работает при температуре ниже +20С. Поэтому существуют и другие способы нагрева воды в межсезонье.

Отопление ПЛЭН ПЛЭН отопление создаст уют и обогреет вашу дачу в холодную погоду.

Не хотите делать монтаж отопительной системы, т.к. на даче бываете редко? Купите переносной инфракрасный обогреватель. О том какие виды существуют, и какой прибор больше подойдет вам, прочитаете в нашей статье.

Структура солнечного коллектора

Структура солнечного коллектора Универсал

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.

Функции гелиоколлектора

Как нагреть воду солнцем: несложная гелиоконструкция и ее установка

Солнечный водонагреватель (или воздушно-жидкостной гелиоколлектор) — устройство, нагревающее теплоноситель с помощью солнечной энергии. Используя такие приборы, организуют горячее водоснабжение, отапливают помещения, нагревают воду в бассейнах. Так как солнечное излучение нас сопровождает круглый год, идея его использования родилась довольно давно, так как желание «пустить ее в дело» вполне понятно и логично.

Интенсивность солнечного излучения меняется в зависимости от времени года. В весенне-осенний период для средних широт количество энергии составляет 4-8 кВт*ч/м2 на 1 м2, зимой оно гораздо скромнее — всего 1-3 кВт*ч/м2. В южных регионах эти цифры ощутимо увеличиваются — на 20-30%. По этой причине эффективность солнечного оборудования напрямую зависит от региона.

В средней полосе и на «крайнем юге» солнечная установка сможет стать настоящей альтернативой дорогому бойлеру и обеспечить дому даже отопление зимой. Но речь, естественно, идет о достаточно производительных приборах, имеющих большую площадь.

Принцип действия

Солнечный водонагреватель – это вид солнечного коллектора, с той лишь разницей, что вода в водонагревателе используется по прямому назначению, а не служит теплоносителем для систем теплоснабжения.

Принцип работы солнечного водонагревателя основан на поглощении энергии солнечных лучей и передачи ее воде для дальнейшего использования.

Для чего можно использовать?

С помощью таких водонагревателей можно решить вопрос не только о регулярном горячем водоснабжении, но и обеспечить теплом дом.

Водонагреватели помогут решить такие задачи:

  1. Обеспечение круглый год горячей водой.
  2. Поддержание отопительной системы.
  3. Подогрев воды для бассейнов.
  4. Нагрев воды для различных промышленных и сельскохозяйственных нужд.

Для чего можно использовать?

Солнечный нагреватель воды, как правило, используется в качестве основного или дополнительного источника энергии для подготовки теплоносителя отопительного контура. Кроме того, солнечный подогреватель воды может готовить горячую воду для бытовых нужд.

Одним из распространенных способов использования нагрева воды от солнца является подача горячей воды в летний душ или умывальник, а также подогрев воды в бассейне. Возможно использование подогретой воды для полива растений в теплицах и парниках. Чем удачнее внешние условия, тем больше способов применения солнечных панелей для нагрева воды можно найти и использовать.

Плюсы водонагревательной солнечной системы

Солнечные нагреватели обладают такими достоинствами:

  1. Относительно несложная конструкция.
  2. Уровень надежности довольно высокий.
  3. Эксплуатировать такую систему можно в течение года.
  4. Период использования составляет не один десяток лет.
  5. Введение в эксплуатацию такой системы способствует сокращению затрат электрической энергии, теплоносителей.
  6. Монтаж агрегата проводят без предварительного оформления разрешения. Установка занимает минимум времени и отличается простотой.
  7. Вес конструкции относительно небольшой.
  8. Автономный режим функционирования.

Недостатки

Перед тем как использовать солнечные водонагреватели для дома, изучаются и минусы:

  1. Сконструированное на заводе оборудование отличается повышенной стоимостью.
  2. Уровень КПД зависит от различных показателей: климатический район, время года, прочее.
  3. Град, мокрый снег пагубно влияет на состояние установки и ее работоспособность.
  4. Монтаж емкости, в которой аккумулируется тепло, занимает определенное время. На этот процесс требуются дополнительные расходы.

При всех недостатках популярность водонагревательной солнечной установки ее популярность возрастает. Ведь она считается экологически чистой.

Первые в истории солнечные водонагреватели

Впервые водонагреватель, работающий от солнечной энергии, был разработан ещё в 1767 году. Его придумал обычный житель Швейцарии ─ Орас Бнедикт де Соссюр. В своём изобретении он смог добиться просто закипания воды. Но тогда это уже было успехом. И швейцарский изобретатель стал продавать свои водонагреватели.

Орас Бнедикт де Соссюр

Орас Бнедикт де Соссюр

В 1953 году в Израиле прибор был усовершенствован. Учёный Цви Тавор даже получил за это премию от премьер-министра страны. Эта незатейливая технология нагрева воды всё также популярна и в наш век.

Вернуться к содержанию

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Экономически выгодный бойлер - солнечный водонагреватель

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

  • Sunrain Solar Energy Co., Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
  • Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
  • Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Досвидания Дорогой покупатель!

Спасибо за визит!

Ждем скорейшего возвращения).

  • Солнечные коллекторы
  • Солнечные водонагреватели вакуумные
  • Солнечный водонагреватель безнапорный «Серия Эко»

Какой выбрать для бассейна?

Выбор гелионагревателя для бассейна обусловлен его размерами, объемом воды, местом расположения и прочими критериями. Солнечные водонагреватели, цены и параметры которых находятся в наилучшем сочетании, могут быть изготовлены в разных конструкционных вариантах. Могут быть использованы все доступные варианты, от простейших открытых конструкций, до наиболее сложных и дорогих систем с конденсационными камерами.

Чем проще комплекс, тем он дешевле и надежнее, но и эффективность его будет соответственно ниже. Основным критерием выбора следует считать размер искусственного водоема и частоту подпитки извне. Специалисты рекомендуют для бытовых целей обходиться несложными и дешевыми гибкими моделями, представляющими собой резиновые плоскости с впаянными внутри трубками, по которым пропускается вода. Они недороги, но дают вполне достаточно тепла для поддержания нормальной температуры в бассейне.

Если необходимо подогревать воду в искусственных водоемах общественного или коммерческого пользования, рекомендуется приобретать полноценные комплексы из вакуумных трубок, или панельные конструкции. Они демонстрируют высокую эффективность и позволяют получать достаточное количество тепловой энергии. Параметры таких установок подробно изложены в паспорте, что позволяет выбрать комплекс, наиболее подходящий по производительности.

Как сделать водонагреватель своими руками?

Самостоятельное изготовление солнечного водонагревателя позволяет сэкономить некоторое количество денег и получить возможность бесплатного нагрева воды для любых нужд. Нет смысла использовать дорогостоящие материалы, поскольку результат будет зависеть не столько от их, сколько от тщательности и аккуратности сборки, а также от площади нагрева. Браться за изготовление вакуумных или конденсационных установок нецелесообразно, проще сделать самые доступные и надежные панели. Рассмотрим наиболее популярные и распространенные варианты самостоятельного изготовления солнечных водонагревателей:

Из поликарбоната

Поликарбонат — прозрачный листовой пластик. Для изготовления коллектора нужен сотовый материал, представляющий собой двойной лист, соединенный поперечными полосками. Вся плоскость представляет собой множество каналов, разделенных друг с другом, но имеющих выход наружу с торцовой части.

Для изготовления надо взять два листа одинакового размера. Один будет абсорбером, т.е. получать солнечное тепло и отдавать его воде. Второй — наружный защитный слой, обеспечивающий безопасность рабочей пластины и способствующий сохранению тепловой энергии. Для утепления используется пенопластовый лист такого же размера, который будет наклеен на заднюю сторону.

В качестве манифольда (распределителя) будет использоваться полипропиленовая труба. Для каждой панели нужно 2 таких трубы. В них надо сделать продольный пропил, длина которого точно равна ширине листов поликарбоната. В эти пропилы вставляются торцы рабочих пластин (оба), после чего тщательно герметизируются с помощью клеевого пистолета.

Важно! Задняя сторона рабочей пластины красится в черный цвет, после чего на нее наклеивается пенопласт. Затем на лицевую сторону наклеивается внешний защитный слой.

На диагонально противоположные торцы полипропиленовых трубок наклеиваются штуцеры, с помощью которых коллектор будет присоединяться к остальной системе. Свободные торцы плотно герметизируются заглушками. После высыхания клея коллектор наполняют водой и проверяют наличие утечек, которые сразу же устраняют. После этого панель можно присоединять к системе и вводить в эксплуатацию.

Из пластиковых бутылок

Коллектор из пластиковых бутылок — один из вариантов самодельного трубчатого водонагревателя. Собственно, бутылки служат только для теплоизоляции, основную функцию выполняют черные пластиковые трубки, торцы которых вставлены в средние патрубки ПВХ тройников. Эти тройники соединяются в одну линию, образуя коллектор, который можно впоследствии увеличивать до любого размера, просто присоединяя дополнительные трубки. У бутылок отрезают дно, одевают их на трубку одну за другой так, чтобы горлышко плотно входило в заднюю част.

Получается внешняя прозрачная труба, прикрывающая трубку и создающая эффект парника внутри. Когда по трубкам пропускается вода, она нагревается от солнечного тепла и направляется в систему для использования по назначению.

Эффективность и КПД

Солнечный коллектор не может быть эффективным на 100 % поскольку имеет потери при преобразовании тепловой энергии а так же оптические потери.

Тепловые потери – это часть солнечной энергии, которая была преобразована в солнечном коллекторе в тепловую энергию, но не была использована на нагрев теплоносителя а рассеялась в окружающем воздухе.

Данный вид потерь зависит от разницы температуры в коллекторе и окружающем воздухе и коэффициентов тепловых потерь k₁ (линейный коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К)) и k₂ (коэффициент тепловых потерь с учетом нелинейности Вт/(м²·К²)).

Потери состоят из трех режимов теплообмена:

  1. потери на теплопроводность;
  2. конвекционные потери;
  3. потери на излучение;

Оптические потери – это часть солнечной энергии, которая при попадании на солнечный коллектор не была преобразована в тепловую энергию. Оптическая эффективность солнечного коллектора выражается оптическим коэффициентом полезного действия η₀ (безразмерная величина).

Оптический КПД зависит от поглощательной способности абсорбера, прозрачности изоляции (стекла), и эффективности поглощающей панели (эффективность передачи тепловой энергии от абсорбера к теплоносителю), выражаются в коэффициентах a, t, Fr соответственно.

Таким образом η₀ = (a·t·Fr). Эти коэффициенты являются справочными и определяются при помощи стандартизированных испытаний на специальных стендах, и относится к единице площади солнечного коллектора. Значение η₀ еще называют КПД коллектора при нулевых тепловых потерях.

Реальный КПД солнечного коллектора

Общую эффективность солнечного коллектора определяют значением КПД коллектора:

Пояснение:

  • η- коэффициент полезного действия коллектора;
  • η₀- оптический коэффициент полезного действия;
  • k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);
  • k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);
  • ∆Т- разница температур между коллектором и воздухом К;
  • Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

Максимальное значение КПД достигается при условии, что разность температуры ∆Т равна нулю. В таком случае коллектор не имеет тепловых потерь.Однако такие идеальные условия в практике не встречаются. Значение η₀ является паспортным значением любого солнечного коллектора и обязательно должен быть указан в документации к солнечному коллектору.

Принципы развития конструирования солнечных коллекторов направлены на увеличение поглощающей способности и уменьшение тепловых потерь. Наибольший оптический КПД имеет открытый коллектор (без прозрачной изоляции) но имеет и наибольшие тепловые потери.

В свою очередь наименьшие тепловые потери имеет вакуумный солнечный коллектор, но обладает небольшим оптическим КПД из-за применения двух слоев прозрачной изоляции, цилиндрической формы абсорбера и промежуточные теплопередачи.

Целесообразность применения в России

В климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться различными потребителями в бытовых целях в течение 6-7 месяцев в году (март/апрель — сентябрь).

Для нагрева 100 л воды солнечная установка должна иметь 2-3 м2 солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 45°С с вероятностью не менее 70-80%.

Как с энергетической, так и с экономической точек зрения для создания бытовых солнечных водонагревателей целесообразно использовать простейшие солнечные коллекторы с одним прозрачным ограждением.

Применение селективных покрытий вряд ли целесообразно по экономическим причинам.

Источники: solarsoul.net, abok.ru

Отзывы пользователей

Все, кто решился на приобретение солнечного водонагревателя и в конечном итоге пришли к выводу, что альтернативные источники энергии – это отличный вариант экономии и остаются довольны полученным результатом.

В начале придется вложить определенную сумму на реализацию всего проекта, но в дальнейшем это позволит экономить бюджет и не зависеть от различных мировых энергетических кризисов и очередных подорожаний энергоносителей. Как показывает статистика, окупаемость вложенных средств пройдет в течении последующего года активной эксплуатации установки круглый год. Особенно это будет заметно, если работа оборудования будет направлена на обеспечение горячей водой и отоплением целого здания.

Залогом положительного результата также остается профессиональная установка и наладка приобретенного оборудования. Поэтому, чтобы избежать различных неприятных ситуаций, лучше обращаться за помощью к специалистам по данному вопросу.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация солнечных нагревателей не представляет существенных сложностей. Если система правильно установлена и настроена, то от владельца потребуется лишь поддержание чистоты приемных панелей и целостности соединений. При необходимости надо менять вышедшие из строя узлы и элементы, восстанавливать герметичность трубок и прочих деталей. Никаких специальных рекомендаций не имеется, все действия производятся в соответствии с необходимостью и целесообразностью.

Видео: солнечный водонагреватель своими руками

Постройка гелиоколлектора — не только интересное и захватывающее занятие. Солнечный водонагреватель будет экономить ваш семейный бюджет и станет доказательством того, что защищать окружающую среду можно не только на словах, но и реальными делами.

  • Автор: Виктор Каплоухий
  • Распечатать
Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые – техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками.
Оцените статью:

(14 голосов, среднее: 4.8 из 5)

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...