Как использовать энергию солнца для горячего водоснабжения

На дворе XXI век и обеспечить себя горячим водоснабжением довольно просто, не прибегая к помощи водоканала и энергетических компаний. Солнечная энергия, которой вполне достаточно на поверхности земли, может эффективно использоваться для нагрева воды, необходимой для бытовых нужд.

Солнечные панели или солнечные водонагреватели

Существует два основных мнения о том, каким образом получать горячую воду в автономном здании. Первое мнение гласит о том, что для нагрева воды можно использовать солнечные батареи. Разумное зерно в таком подходе, безусловно, есть, ведь любой автономный дом уже оборудован солнечной электростанцией и ничего не мешает заложить мощность солнечного массива с учетом электрического бойлера, к тому же цена на солнечные фотоэлектрические модули снижается в последние годы.

Данный метод годится, если только потребность в горячей воде не велика (50-100 литров/сутки), к тому же существуют потери энергии при преобразовании энергии в самой солнечной электростанции. В результате, экономически получается очень не выгодно заниматься нагревом воды, используя электричество полученное от солнечных батарей.


Солнечные водонагреватели прямого нагрева

Для нагрева большого количества воды (150 литров/сутки и более) целесообразно использовать устройства для прямого нагрева воды от солнечного излучения – солнечные водонагреватели.

Существуют два основных типа солнечных водонагревателей для прямого нагрева воды с одноконтурной схемой:

  1. плоские солнечные водонагреватели;
  2. водонагреватели с вакуумными трубками.

В плоских водонагревателях теплоизоляция жидкости от окружающей среды осуществляется за счет селективных покрытий фронтального стекла и теплоизоляционных материалов расположенных в нижней части водонагревателя. Нагрев происходит в медных трубках по которым течет вода.

В вакуумных солнечных коллекторах нагрев происходит за счет высокоселективного покрытия на поверхности внутренней колбы, как правило, вода нагревается внутри вакуумной трубки, а технический вакуум в межстеночном пространстве служит идеальным теплоизолятором.

Устройства для прямого нагрева воды используются как правило только сезонно в безнапорных водонагревателях. Вода в них выступает и теплоносителем и потребляемым продуктом. Циркуляция осуществляется естественным образом. Соответственно, ограничение по времени использования (сезонность) сокращает места применения для таких водонагревателей (дачи, сезонные гостиницы и базы отдыха, АЗС, пасеки, полевые сельскохозяйственные станы, удаленные от коммуникаций строительные площадки).


Солнечные водонагреватели косвенного нагрева

Для горячего водоснабжения в круглогодичном режиме, в украинском климате необходимо использовать солнечные водонагреватели косвенного нагрева с антифризом в качестве теплоносителя. Бак-аккумулятор в таких системах располагается отдельно от водонагревательной части системы и размещается в доме. По сложившейся традиции отдельный от бака солнечный водонагревательный элемент называется солнечным коллектором (плоским или вакуумным).

В схеме косвенного нагрева теплоноситель-антифриз циркулирует под давлением, создаваемым циркуляционным насосом в замкнутой трубопроводной системе. Нагревается в коллекторе от солнечного света, затем попадает в теплообменник (спираль из медной трубки), который расположен в баке-аккумуляторе. Там, контактируя с водой через стенки трубки, отдает тепло и возвращается в коллектор. Вода в баке аккумуляторе нагревается и из бака поступает в систему ГВС. Данная схема одинаково работает и для плоских коллекторов и для вакуумных.

Как наиболее эффективная чаще всего применяется схема с принудительной циркуляцией. Такая схема не накладывает ограничений на размещение оборудования и позволяет снизить диаметр трубопроводов. Однако для нормальной работы системы требуется блок автоматики с двумя термодатчиками (температура в бойлере и температура в солнечном коллекторе) и расширительным бачком. Задача автоматики – управлять насосом с целью предотвращения перегрева бойлера и сброса тепла в окружающую среду.


Эффективность плоских и вакуумных коллекторов

Плоский солнечный коллектор имеет наиболее простую конструкцию и отлично подходит для использования в жарком климате с большим количеством солнечных дней и высоким уровнем инсоляции. Он состоит из слоя абсорбера, покрытого стеклом, который преобразовывает и передает уже тепловую энергию теплоносителю.

В западных регионах более эффективно использование вакуумного коллектора, особенностью конструкции которого является использование для нагрева вакуумных трубок с медной тепловой трубкой внутри. Стеклянные трубки, благодаря своей цилиндрической форме, способны улавливать солнечные лучи более длительный промежуток времени (лучше использовать солнечный день), а используемое в их конструкции селективное покрытие улавливает даже рассеянное солнечное излучение. Благодаря этому они имеют большую эффективность в работе при установке в большинстве регионов Украины.

Площадь солнечных коллекторов рассчитывается исходя из среднегодовой инсоляции в месте установки с учетом поправочного коэффициента зависящего от количества солнечных дней.

Отдельно необходимо отметить ориентацию солнечных коллекторов по сторонам света и по углу наклона к горизонту. Плоскость солнечного коллектора, не зависимо плоского или вакуумного, должна быть ориентирована строго на юг. Следите при установке за тем, чтобы при прохождении солнца по небосклону и летом и зимой плоскость коллектора не затенялась посторонними предметами.

Самым оптимальным способом будет доверить установку коллектора специалистам.

Рекомендации при подборе солнечного коллектора для дома

  1. Регион нахождения объекта. Определяет солнечное излучение, приходящееся на квадратный метр поверхности по месяцам в течение года. Соответственно располагая данными по затратам на ГВС, можно понять – сколько квадратных метров коллекторов для дома нам необходимо иметь;
  2. Количество постоянно проживающих. Определяет объем бака-накопителя исходя из норм потребления горячей воды на одного человека. Один человек в день расходует порядка 50-100 литров горячей воды. Соответственно для семьи из трех человек можно рекомендовать бак-аккумулятор на 200-300 литров. Лучше брать с превышением требований для того, чтобы иметь резерв мощности.

Мы не рекомендуем подбирать оборудование исходя из потребностей “плохих” месяцев. В противном случае вы столкнетесь с проблемой утилизации излишней энергии в более солнечный дни.

Помним, что солнечные коллектора ни в коем случае не альтернатива сетевому газу или сетевому электричеству, а только возможность сильно сэкономить на горячем водоснабжении с их помощью.