Какие солнечные нагреватели воды выбирать для отопления дома?

Об эффективности панельных коллекторов

Целесообразность приобретения определяется несколькими факторами:

• теплоэффективностью;

предназначением;

стоимостью и временем окупаемости;

техническими характеристиками: сложностью монтажа и обслуживания.

Эффективность панельного солнечного коллектора можно четко увидеть при сопоставлении с аналогами. Ниже приводятся сравнительные характеристики:

• Производительность — летом тепловая мощность выше чем у вакуумных трубчатых коллекторов приблизительно на 15-20%. Зимой теплоотдача существенно падает.

Регион размещения — оптимальное соотношение стоимости панельного солнечного водонагревателя и его производительности достигается в южных регионах и местностях с теплым климатом.

Обслуживание — монтаж сложен за счет того, что поднимать и впоследствии фиксировать на кровле, приходится собранную панель. С другой стороны, в модулях с полярным стеклом присутствует функция самоочищения от пыли и грязи. Функция автоматического удаления снега и инея присутствует в большинстве гелиопанелей.

Тепловая мощность — солнечные коллекторы панельного типа не способны сгенерировать теплоноситель высокой температуры.

При повреждении панели замещается целый блок, в отличие от вакуумных коллекторов, где меняется только разбитая трубка.

График сравнения аккумуляции солнечной энергии, в зависимости от времени года приводится в следующем графике:

Чтобы определить целесообразность применения нагревателей стоит прочитать реальные отзывы о плоских коллекторах. Рекомендации пользователей помогут увидеть определенные недостатки и преимущества, которые не удастся обсудить в рамках одной статьи.

Основные производители

Давайте рассмотрим некоторые крупные фирмы, занимающиеся выпуском водонагревателей от солнечной энергии. Итак, топ-производителей на мировом рынке:

• Итальянская фирма выпускает коллектора вакуумного типа KAIROS VT. Имеются модификации с 15 или 20 трубками;
• Немецкий производитель предлагает три модели SKR21, SKR12, SKR6;
• Ещё одна немецкая фирма, выпускающая модели с 6 или 12 трубками. Причём их можно объединять в блоки для увеличения мощности системы;
• Sunrain Solar Energy. Это китайский производитель, который занимается выпуском солнечных водонагревателей;
• И ещё одна немецкая фирма, которая предлагает два водонагревателя под марками Vitosol 200 и 300. Эти модели различаются конструкцией узла нагрева;
• Итальянский производитель, выпускающий модель Ecotube.

Водонагреватель KAIROS VT

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.

Лучшие производители водонагревателей

Ну и напоследок, стоит подробно разобраться, а какие же лучше всего приобретать солнечные коллекторы для воды? Ну, во-первых, выгодная покупка зависит от некоторых факторов:

• уровень теплоотдачи;
• высокая цена;
• срок действия;
• время окупаемости.

Все коллекторы не работают одинаково. И если выбрать далеко не качественного производителя, то вы не только потеряете деньги, но и приобретете множество проблем. Например, такие, как понижение производительности, техника просто выйдет из строя. И для того, чтоб не возникало таких ситуаций, лучше добавить денег и купить качественный товар.

А у кого же покупать? Взглянем на небольшой список самых лучших и проверенных производителей:

1. Atmosfera – страна производства, Украина. Данный производитель торгует всеми необходимыми коллекторами различных типов. Средняя цена бойлера – 20 тысяч рублей.
2. Side – производитель, Китай. На данном рынке можно найти довольно большое количество их продукции, которая довольно достойного качества. Бойлеры данной марки набирают популярность.
3. Vaillant auroSTEP plus – полную систему данного производителя можно часто встретить на рынке, и ее стоимость будет около 200000 рублей.
4. SunRain – тоже, производитель Китай, который так же пытается заполонить рынок. Качество и этого производителя довольно неплохое, а главное стоимость бойлера около 40000 рублей.
5. Solar – последняя фирма, которая завершит этот топ. Это Российский производитель, который занимает вполне приличное место на рынке. И цена у него варьируется в большом диапазоне.

Виды солнечных коллекторов

Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.

Накопительные

Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.

Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.

Плоские

Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.

Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.

При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.

Жидкостные

Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.

К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.

Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.

Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.

Воздушные

Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.

Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.

Экологичность

Положительные аспекты

Из всех доступных возобновляемых источников энергии именно солнечная энергия и солнечные батареи наносят минимальный ущерб окружающей среде. Электричество, произведенное при помощи солнечных батарей, не оказывает вредного воздействия на воздушные массы. И никак не загрязняет ни поверхностные, ни подземные воды, не истощает природные ресурсы и не несет опасности, как для животного мира, так и здоровья человека.

Единственный реально опасный эффект данного типа энергии связан с получением некоторого количества токсических веществ и химикатов, например, кадмия и мышьяка, которые используются при производстве солнечных батарей. Но, по большому счету, и эти негативные эффекты минимальны по своему объёму, если есть продуманная политика в плане их повторного использования и надлежащей утилизации.

Если смотреть широким полем зрения на проблему, то риски для окружающей среды от солнечных батарей минимальны. Приблизительные выбросы в атмосферу в ходе производства составляют 0,02 грамма теллуридла кадмия на ГИГАВАТТ\час электрической энергии, произведенной за весь срок службы солнечного модуля, и это очень низкий показатель.

Широкомасштабное использование солнечных батарей не несет никакого риска для здоровья человека и живых существ. А повторная переработка модулей, что уже отслужили свой срок службы, почти полностью нивелирует озабоченность «зеленых» по поводу вредности этого вида производства электрической энергии.

Во время своей работы солнечные модули не производят загрязнения Природы, и более того, постепенно замещая традиционные виды топлива (газ, нефть, уголь) они приносят существенные выгоды окружающей среде.

Теллурид кадмия в солнечных батареях на самом деле на поверку оказывается значительно более дружественен Природе, чем все остальные ныне используемые виды кадмийных батарей, включая знаменитые никель-кадмиевые.

Отрицательное влияние

Само производство солнечных батарей включает в себя использование некоторых токсичных газов, взрывоопасных летучих веществ, коррозийных жидкостей и подозрительных канцерогенных – вызывающих рак – реагентов.

Магнитуда возможных негативных эффектов на здоровье человека и Природу в случае производства солнечных батарей варьируется в зависимости от используемых токсических материалов, их насыщенности, интенсивности использования, а также продолжительности их воздействия на человека в условиях производства.

Утилизация значительных объемов отслуживших свое солнечных модулей на конкретной территории приводит к увеличению риска для здоровья людей в данной местности. А также это пагубно для местной флоры и фауны.

Утечка химических реагентов из утилизируемых модулей дает вероятность заражению местной почвы и поверхностных вод.

Скопление солнечных батарей на примере местечка Барстоу, Калифорния, под кодовым обозначением «Солнечная №2», занимает 52,6 гектаров (почти 130 акров) земель и производит около 10 мегаватт электричества на максимальном выходе при пиковых значениях. Производительность достигает лишь 16%.

Для таких вот установок типа «Солнечная -2», чтобы произвести такое же количество энергии, как и типичной 1000 мегаватт электростанции на обычном топливе, за год потребуется покрыть солнечными модулями 33 000 (!) гектаров земли. Или иными словами, 127 квадратных миль площади! А это уже серьезный урон окружающей среде.

Готовые решения нагрева воды солнцем и их цена

Экономическое обоснование приобретения гелиосистемы зависит от нескольких критериев:

• полной стоимости, включая установку;
• теплоотдачи;
• периода окупаемости;
• срока службы.

Не все гелиосистемы одинаково эффективно работают. При использовании коллекторов, сделанных из дешевых и некачественных материалов можно столкнуться с проблемами во время эксплуатации: недостаточной производительностью и быстрым выходом оборудования из строя. Чтобы не испытать разочарования, следует покупать только проверенное временем оборудование.

Ниже приводятся несколько моделей популярных солнечных водонагревателей, которые, судя по отзывам потребителей, сделаны качественно и считаются лучшим выбором в соотношении стоимость/теплоотдача:

• Atmosfera — на базе украинской компании производителя, изготавливаются вакуумные и панельные коллекторы для всесезонного нагрева ГВС и поддержки систем отопления. Водонагреватели Атмосфера подходят для систем с принудительной циркуляцией, имеют улучшенную теплоизоляцию. В корпусе предусмотрено место для установки регулирующих датчиков.
• Особенность гелиоколлекторов Atmosfera в высокой производительности в пасмурную погоду и зимнее время года. Приобрести водонагреватель можно начиная от 20 тыс. руб.
• Sidite — китайская компания, наладившая выпуск гелиосистем и всего, что необходимо для их обслуживания и подключения. Выпускаются трубчатые и панельные солнечные водонагреватели. В ассортименте продукции присутствует огромное количество готовых решений для оснащения: коммерческих зданий, бассейнов, хостелов, многоквартирных домов, больниц и др. Водонагреватели Sidite только приобретают популярность среди отечественного потребителя.
• Vaillant auroSTEP plus — гелиоколлекторы с безупречным немецким качеством сборки и такой же традиционной ценой. За систему, достаточную чтобы обеспечить горячей водой семью на 2-3 человека, придется заплатить не меньше 200 тыс. руб. За эти деньги покупателю предоставляется полностью готовая система ГВС Vaillant auroSTEP plus, включая бойлер косвенного нагрева и контроллер.
• SunRain — еще одна модель от китайского производителя. Согласно заявленным техническим характеристикам гелиоколлекторы смогут работать при снижении температуры до –50°С. Допускается горизонтальная и наклонная установка. Водонагреватели способны работать в течение всего года. Подключаются к выносному баку. Стоимость трубчатых гелиоколлекторов SunRain от 40 тыс. руб.
• Viessmann Vitosol — линейка немецкого производителя, основная деятельность которого связана с производством водогрейного оборудования. Главные отличия от аналогичной продукции других изготовителей: безупречное качество сборки, полное соответствие заявленным характеристикам. В Viessmann Vitosol присутствует антивандальная и противоградовая системы. Поверхность стекла самоочищающаяся. Стоимость от 200 тыс. руб.
• ЯSolar — российская компания, выпускающая системы горячего водоснабжения «под ключ». В комплектацию входит: накопительный бак, контроллер, датчики нагрева, насосная станция, воздухоотводчик. Выпускаемые солнечные коллекторы ЯSolar предназначены для подключения в системы с принудительной циркуляцией. Полная стоимость комплекта от 430 тыс. руб.

Заявленный срок службы каждой из представленных моделей 35-50 лет. На первые 15 лет эксплуатации дается гарантия производителя. При всесезонной эксплуатации, в условиях коммерческого применения гелиосистема окупится за несколько лет. Если планируется использовать коллектор только летом, окупаемость наступит через 7-8 лет. Расчет экономической эффективности можно выполнить по следующему графику, показывающему зависимость теплоотдачи от времени года:

Расчет солнечного коллектора для нагрева воды осуществляется по коэффициенту потребления ГВС, используемому в СНиП. Для обеспечения потребности одного человека в горячей воде требуется от 2-4 кВт/час. В технической документации на приобретаемую гелиосистему указывается предполагаемая мощность конвектора, по которой можно узнать подходит ли понравившееся оборудование под конкретные условия эксплуатации.

Перед покупкой желательно изучить отзывы о солнечных коллекторах для нагрева воды. Из комментариев можно узнать о некоторых недостатках гелиосистем и их преимуществах, подобрать подходящую модель гелиоколлектора.

Солнечные водонагреватели от проверенных производителей

Экономическая выгода от покупки отопительного бойлера зависит от нескольких факторов:

• высокая стоимость;
• теплоотдача;
• срок окупаемости;
• время эксплуатации.

Не все солнечные водонагреватели одинаково функционируют. При применении установок, сделанных из дешевого и некачественного сырья, можно столкнуться с проблемами использования: упадет производительность, техника выйдет из строя раньше срока. Чтобы не столкнуться с разочарованием, нужно покупать технику проверенных производителей. Давайте выясним, каким производителям лучше доверять?

Пассивный солнечный водонагреватель

• Atmosfera – это украинский производитель, который создает вакуумные и панельные установки для круглогодичного нагрева воды и поддержки отопительных систем. Данные водонагреватели предназначены для устройств с вынужденной циркуляцией, обладают высокой теплоизоляцией. В корпусе присутствует место для установки контролирующих датчиков. Многие пользователи отметили высокую производительность систем в холодную и дождливую погоду. Купить бойлер можно от 20 тысяч рублей;
• Side – китайская компания наладила производство солнечных водонагревателей и сопутствующих устройств, нужных для обслуживания и подключения. На рынке можно найти трубчатые и панельные устройства, а также готовые решения для оборудования бассейнов, офисов, производственных площадок, больниц, школ. Бойлеры этого бренда пока только набирают популярность среди отечественных потребителей;
• Vaillant auroSTEP plus – солнечные коллекторы с отменным немецким качеством сборки и доступной ценой. Вы можете купить данную систему не меньше чем за 200 тысяч рублей, и обеспечить семью горячей водой на 3 человека;
• SunRain – еще одна модель китайского производства. Данные установки функционируют при уменьшении температуры до – 50 градусов. Производитель реализует горизонтальная и наклонная установка. Установки могут работать в течение всего года. Подсоединяются к выносной емкости. Цена трубчатых коллекторов составляет от 40 тысяч рублей;
• Viessmann Vitosol – немецкий производитель производит водонагревательное оборудование. Основным отличием от аналогов других производителей является качественная сборка, которая полностью соответствует завяленным требованиям. Также здесь присутствует антивандальная и противоградовая системы;
• ЯSolar – российская компания производит оборудования горячего водоснабжения под ключ. Комплектация состоит из накопительной емкости, контроллера, датчиков нагрева, насосной станции и воздухоотводчика. Солнечные коллекторы, выпускаемые под этим брендом, созданы для подсоединения в системы с вынужденной циркуляцией.

Соблюдение правил техники безопасности и рекомендаций по подсоединению солнечных водонагревателей – главное условия для ввода в эксплуатации установок. Если нарушить условия подсоединения, эффективная работа их не гарантируется.

Типы солнечных коллекторов

Солнечные нагреватели воды для отопления дома делятся на две группы: по методу нагрева и способу хранения источника тепла. В первом случае применяется встроенная емкость теплоаккумулятор. Во втором – осуществляется подключение к выносному накопительскому баку, устанавливаемому рядом с коллектором или внутри здания

При выборе отопительного солнечного бойлера нужно обратить внимание на вид емкость аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и оборудования сказываются на особенностях использования и технических свойствах

Коллекторы со встроенной емкостью

Моноблочные солнечные коллекторы созданы для работы весной и осенью. Зимой устройство выключают и сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенной емкостью легче монтировать и обслужить. Для применения необходимо подсоединить солнечный водонагреватель к системе подаче горячей воды или точке водозабора. Вода нагревается следующим образом:

• абсорбер ловит солнечные лучи;
• полученная энергия попадает в змеевик, находящийся в встроенной емкости теплоаккумуляторе;
• выполняется передача тепла от нагретого теплоносителя воде, которую потом используют для бытовых нужд.

Схема работы солнечного коллектора

В некоторых теплоносителях используется встроенный ТЭН, нужный тогда, если солнечный коллектор не смог снабдить нужным объемом горячей воды. Недогрев наблюдается в случае плохой и холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях нагревает воду до 200 литров в день. Устройства со встроенной емкостью функционирует без давления с использованием естественной водоциркуляции.

Рекомендуем: Как установить солнечное отопление теплицы своими руками?

Термосифонные обогреватели солнечные монтируются в высшей точке ГВС для получения нужного напора воды при открытом кране водоснабжения. Емкости способны выдержать давление не больше 0,2 атм. После подогрева воды она самостоятельно стекает к месту водоразбора. Солнечный водонагреватель со встроенной емкостью имеет несколько преимуществ:

• вода нагревается в солнечную погоду за 3 часа;
• получение необходимости в ГВС от трех человек и больше, все зависит от площади абсорбирующей поверхности;
• легкая установка;
• низкая стоимость.

Метод термосифона активно применяется в ГВС с солнечными установками. Водонагреватель функционирует на естественной конвекции, когда подогретая жидкость передвигается вверх, а остывшая – вниз. Главным условием для термосифонной схемы ГВС является расположение чаши для воды выше коллектора.

Солнечные водонагреватели с выносной емкостью

Солнечный водонагреватель, который подключается к отдельной емкости теплонакопителя, относится к группе водонагревателей для использования круглый год. Подогрев воды осуществляется в любое время года при условии, что всегда будет светить солнца и температура воздуха не будет ниже -50 градусов. Для подогрева воды применяется наружный бойлер косвенного нагрева, который находится в удаленной местности от теплоносителя. В качестве последнего применяется антифриз. Подогрев ГВС коллектором с выносной емкостью выполняется следующим образом:

• абсорбер накапливает тепло и передает водному теплоносителю;
• под давление антифриз попадает в теплообменник емкости накопителя;
• при движении через змеевик емкости теплоноситель греет воду.

Система отопления солнечной энергией

Для получения хорошей работы солнечный водонагреватель с выносной емкостью подсоединяется к насосной группе. Циркуляция теплоносителя выполняется вынужденно. Процесс и скорость подогрева и давление регулируются автоматической системой. Основным преимуществом таких установок является круглогодичное использование.

Единственным минусом является подсоединение дорогого оборудования, нужного для хорошей работы солнечной установки. Оборудование, функционирующее под давлением, имеет еще один недостаток: при отключении электричества насосы прекращают работать, что способствует перегреву теплоносителя и отрицательно отражается на работе гелиоколлектора.

Рекомендуем: Плюсы и минусы солнечных панелей для отопления дома