Идея использования альтернативных источников тепла давно привлекала людей. Причем не только с точки зрения экономии невосполняемых энергоресурсов, таких как уголь и нефть, но и с точки зрения экономии финансов. Ведь привычные источники тепла с каждым годом становятся все дороже.
В настоящее время к альтернативным видам энергии относится прежде всего солнечная. Именно она чаще остальных используется для нагревания воды и отопления дома не только в регионах, где преимущественно теплая погода, но и в довольно холодном климате. В этих целях применяется устройство, которое называют солнечным коллектором или гелиоколлектором. Интересно, что первый гелиоколлектор был изобретен и применен на практике еще в 60-х годах XVIII века швейцарцем Горацием де Соссюром.
Устройство и использование
Солнечный коллектор — это не солнечные батареи, между ними есть существенная разница. Если коротко, то солнечные батареи позволяют получить из солнечной энергии электричество, а гелиоколлектор — тепло, которое служит для нагревания воды и отопления дома. Причем некоторые виды коллекторов могут преобразовывать в тепло до 90% получаемой энергии солнца.
Нагрев воды с использованием солнечного коллектора происходит по простой схеме. Вся конструкция состоит из самого коллектора, преобразующего энергию солнца в тепловую, накопителя в виде бака (его еще называют тепловым аккумулятором) и теплоносителя, который циркулирует между коллектором и накопителем.
В качестве теплоносителя применяется как обычная вода, так и антифриз, а если использовать гелиоколлектор планируется круглогодично, то и то и другое. Через теплообменник тепло передается для нагревания воды, которая потом поступает в жилище и используется для бытовых нужд или отопления. Чтобы вода дольше сохранялась горячей, бак-накопитель должен обладать хорошей изоляцией, в идеале по принципу термоса.
Принцип работы теплового насоса для отопления
Разновидности солнечных коллекторов
Существует два вида гелиоколлекторов: плоские и вакуумные.
Плоские состоят из поглотителя солнечной энергии (абсорбера) и контактирующих с ним медных трубок, в которых циркулирует теплоноситель. Абсорбер – это, как правило, медные или алюминиевые пластины, покрытые специальным составом. Конструкция помещена в плоскую теплоизолированную коробку, закрытую прочным, ударостойким стеклом. В регионах с холодным климатом используют коллекторы с двойным или тройным стеклом. При этом возникает парниковый эффект, который позволяет пластине нагреваться до 190 градусов.
Ветрогенератор – дополнительный источник электроэнергии
Плоские солнечные коллекторы удобны, их можно располагать на крыше, где они даже сыграют декоративную роль. К тому же зимой их легко очищать от снега.
У плоских коллекторов, которые дешевле вакуумных, есть недостаток: они, легко нагреваясь до высокой температуры, в то же время быстро остывают, поэтому их эффективность летом значительно выше, чем зимой. А если к тому же в качестве теплоносителя в них используется вода, то для минусовых температур они вообще не годятся.
Вакуумный солнечный коллектор
Представляет собой набор нескольких (от десяти и больше) стеклянных труб, внутри которых находится медная трубка – поглотитель солнечной энергии, – покрытая особым составом. Пространство между большой трубой и маленькой заполнено вакуумом, который является прекрасным теплоизолятором. Внутренние трубки содержат абсорбер и сообщаются с конструкцией теплоносителя. Внутри труб иногда наносится зеркальное покрытие, обеспечивающее большую концентрацию солнечных лучей.
Максимальный нагрев вакуумного коллектора меньше, чем плоского, но и теплопотери у него тоже значительно ниже. Но вакуумный солнечный коллектор не столь удобен в плане установки — для него требуется определенный уровень наклона, и он довольно дорогой.
Как выбрать солнечный коллектор?
При выборе солнечного коллектора нужно учитывать два фактора:
Условия использования коллектора.
Нужен ли он только для нагревания воды или еще и для обогрева дома, только в летнее время или круглогодично? Если коллектор будет использоваться преимущественно в летнее время (например на даче), то лучший вариант – плоский коллектор с водой в качестве теплоносителя.
Если же солнечная энергия как источник тепла будет использоваться круглый год или в основном в холодное время, то стоит позаботиться о более надежном вакуумном коллекторе, который, правда, значительно дороже плоского.
Потребности жильцов в горячей воде.
Современный человек, привыкший к комфорту, в среднем потребляет ежедневно 50–60 литров горячей воды. Следовательно, для семьи, состоящей из четырех человек, коллектор должен нагреть бак-накопитель объемом не менее 250 литров. В летний и весенний периоды для нагрева 50–60 литров до температуры 60 градусов достаточно 1 квадратного метра плоского солнечного коллектора, то есть для среднестатистической семьи нужно около 4 квадратных метров солнечных панелей.