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:
- плоские солнечные водонагреватели;
- 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
- 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;
- 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.