Солнечные коллекторы в системах подогрева воды и отопления
Я уже касался темы применения геотермальных тепловых насосов в нашей стране: http://holodilshik.livejournal.com/3387.html
И тепловых насосов в странах Восточной Европы: http://holodilshik.livejournal.com/5141.html
Теперь имеет смысл рассмотреть, наверное, самую дискуссионную тему - применение солнечных коллекторов для систем подогрева воды и отопления.
Солнечный коллекторы - это устройство, использующее солнечную энергию для нагрева теплоносителя.
Они являются наиболее экологически чистым способом для нагрева воды, по сравнению с электричеством или газом, т.к. они используют возобновляемый источник энергии - энергию нашего Солнца.
В частных случаях, если солнечные коллекторы используются для нагрева воды - их принято называть солнечными водонагревателями. Существуют также воздушные солнечные коллекторы, но их здесь касаться не будем.
Солнечный коллектор на крыше жилого дома - т.н. вакуумный трубчатый коллектор - самая распространенный на данный момент тип солнечных коллекторов
Солнечный коллектор на крыше частного жилом доме в Словакии
К концу 2012 года, общая установленная тепловая мощность, находящихся в работе систем составляет 269,3 ГВт, что соответствует в общей сложности 384,7 млн квадратных метров площади коллекторов, расположенных в 58 странах.
Подавляющее большинство мощностей, находящихся в эксплуатации, установлены в Китае (180,4 ГВт) и Европы (42,8 ГВт), на которые приходится 83% от общей установленной мощности установок.
Существуют два основных вида солнечных коллекторов:
- Плоские. Плоский коллектор состоит из остекленной панели и внутренней пластины поглотителя. На одной стороне установки находится теплоизоляционный слой. Поверхность устройства собирает видимый спектр солнечного света и преобразовывает его в тепловую энергию, а затем передает жидкой среде. При отсутствии забора тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190-200 град С.
- Вакуумные. Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Принцип действия установок аналогичен плоским моделям. При отсутствии забора тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 250-300 град С.
По способу нагрева существует два типа вакуумных коллекторов - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для все сезонного использования, а второй - с апреля до сентября. Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250-300 °C в режиме ограничения отбора тепла.
Разбивка мощностей по типу коллекторов, по состоянию на 2012 год:
- 24,6% остекленные плоские коллекторы;
- 64,6% вакуумные трубчатые коллекторы;
- 8,4% неостекленные плоские коллекторы;
- 0,6% воздушные коллекторы.
Приведено по данным International Energy Agency The Solar Heating and Cooling:
http://www.iea-shc.org/solar-heat-worldwide
Однозначно утвержать, что вакуумные коллекторы имеют преимущество перед плоскими нельзя. Полевые испытания выявили небольшое различие в производительности между ними. Поэтому для многих людей выбор того или иного типа сводится к вопросу эстетичности и внешнего вида..
Однако есть различия в моделях от разных производителей. Исследования, проведенные в швейцарской Solartechnik Prüfung Forschung показывают, что самые эффективные коллекторы более чем в два раза эффективнее худших. Было установлено, что наиболее эффективные плоские коллекторы изготавливаются в Австрии и Германии, и наиболее эффективные вакуумные в Швейцарии и Северной Ирландии. Шесть из 10 худших вакуумных трубчатых коллекторов производится в Китае. Однако китайские модели лидируют на рынке за счет заметного ценового преимущества. В Европе большее распространение получили именно вакуумные коллекторы, они хорошо подходят именно для нежаркого климата, т.к. более эффективны в холодных условиях. Солнечные коллекторы способны нагревать воду до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.
Для нашей страны такие системы могут быть использованы как для приготовления горячей воды, так и для дополнительного нагрева воды системы отопления.
Системы солнечного отопления применяются для накопления солнечной энергии в аккумуляторных баках систем отопления зданий и сооружений, производства горячей водопроводной воды и подогрева бассейнов, тем самым уменьшая ежемесячные затраты на коммунальные услуги.
Аккумулятор тепла обеспечивает возможность сохранять тепло, что позволяет применять различные сочетания источников тепла. Соответственно, это помогает потребителю при ограниченном доступе к энергии или высоких ценах на энергоносители. Например, тепло от солнечных коллекторов предпочтительно накапливать и хранить в течение дня для использования в ночное время.
При правильной установке, солнечные коллекторы являются более экономичными в эксплуатации на всем сроке службы системы, чем системы нагрева воды с помощью электричества: электрокотлы, тепловые насосы, системы рекуперации тепла или газ.
Солнечное отопление может являться автономным источником тепла, а также может применяться в качестве дополнительного источника тепла для систем, использующих котлы, тепловые насосы или системы центрального отопления. Для этого контур отопления использует нагретую солнечными коллекторами через теплообменник буферную емкость отопительного контура. Контроллер проверяет, достигнута ли необходимая комнатная температура и, в том случае, если температура ниже заданной, подключается дополнительно водогрейный котел.
Схема работы отопления с солнечными коллекторами в качестве вспомогательных нагревательных приборов. Схема упрощенная.
На мой взгляд, данная схема вполне применима для России. Она использует вакуумные трубчатые солнечные коллекторы в качестве вспомогательных элементов для подогрева промежуточного теплоносителя - например, водного раствора гликолей. Основным источником тепла остается котел работающий на электричестве, газе или любом другом топливе. В баке установлены два змеевика - в одном проходит горячий теплоноситель системы солнечных коллекторов, который осуществляет предварительный нагрев. В другом нагретый теплоноситель из котла, который осуществляет только догрев воды системы отопления. Предпочтительна все равно схема с теплыми полами, как требующая меньшую температуру теплоносителя и большую инерционность, нежели радиаторы. Такая схема более дорогостоящая, но зато все сезонная. Так как идет постоянное снижение стоимости солнечных панелей, их применение становится все более оправданно экономически. Особенно это касается солнечных водонагревателей, которые используются только для получения горячей воды.
Очень хорошо ситуация для России расписана в статье Екатерины Зубкововой "Дорогой коллектор для бесплатной энергии" : http://www.energyland.info/analitic-show-90573
Солнечные водонагреватели
Как таковой, конкурентный рынок солнечных коллекторов у нас в стране отсутствует. И они продолжают оставаться редкой диковинкой. Распространение они получили в основном в Приморском крае, где их везут из Китая.
Даже в причерноморских регионах и на Кавказе не получили заметного распространения даже солнечные водонагреватели... Так что вроде и потребность есть, а по факту применения не находят.
Предлагаю обсудить применимость таких систем в России. По моим беглым подсчетам ориентировочно система из 10 кВт должна окупиться за 5 лет, но это расчеты с коленки. И при наличии субсидии от государства, как это делается во многих странах Европы, процесс мог бы пойти быстрее.
Также интересные статьи по теме:
http://www.energyland.info/analitic-show-90573
http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=450
http://www.iea-shc.org
И тепловых насосов в странах Восточной Европы: http://holodilshik.livejournal.com/5141.html
Теперь имеет смысл рассмотреть, наверное, самую дискуссионную тему - применение солнечных коллекторов для систем подогрева воды и отопления.
Солнечный коллекторы - это устройство, использующее солнечную энергию для нагрева теплоносителя.
Они являются наиболее экологически чистым способом для нагрева воды, по сравнению с электричеством или газом, т.к. они используют возобновляемый источник энергии - энергию нашего Солнца.
В частных случаях, если солнечные коллекторы используются для нагрева воды - их принято называть солнечными водонагревателями. Существуют также воздушные солнечные коллекторы, но их здесь касаться не будем.
Солнечный коллектор на крыше жилого дома - т.н. вакуумный трубчатый коллектор - самая распространенный на данный момент тип солнечных коллекторов
Солнечный коллектор на крыше частного жилом доме в Словакии
К концу 2012 года, общая установленная тепловая мощность, находящихся в работе систем составляет 269,3 ГВт, что соответствует в общей сложности 384,7 млн квадратных метров площади коллекторов, расположенных в 58 странах.
Подавляющее большинство мощностей, находящихся в эксплуатации, установлены в Китае (180,4 ГВт) и Европы (42,8 ГВт), на которые приходится 83% от общей установленной мощности установок.
Существуют два основных вида солнечных коллекторов:
- Плоские. Плоский коллектор состоит из остекленной панели и внутренней пластины поглотителя. На одной стороне установки находится теплоизоляционный слой. Поверхность устройства собирает видимый спектр солнечного света и преобразовывает его в тепловую энергию, а затем передает жидкой среде. При отсутствии забора тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190-200 град С.
- Вакуумные. Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Принцип действия установок аналогичен плоским моделям. При отсутствии забора тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 250-300 град С.
По способу нагрева существует два типа вакуумных коллекторов - с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для все сезонного использования, а второй - с апреля до сентября. Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250-300 °C в режиме ограничения отбора тепла.
Разбивка мощностей по типу коллекторов, по состоянию на 2012 год:
- 24,6% остекленные плоские коллекторы;
- 64,6% вакуумные трубчатые коллекторы;
- 8,4% неостекленные плоские коллекторы;
- 0,6% воздушные коллекторы.
Приведено по данным International Energy Agency The Solar Heating and Cooling:
http://www.iea-shc.org/solar-heat-worldwide
Однозначно утвержать, что вакуумные коллекторы имеют преимущество перед плоскими нельзя. Полевые испытания выявили небольшое различие в производительности между ними. Поэтому для многих людей выбор того или иного типа сводится к вопросу эстетичности и внешнего вида..
Однако есть различия в моделях от разных производителей. Исследования, проведенные в швейцарской Solartechnik Prüfung Forschung показывают, что самые эффективные коллекторы более чем в два раза эффективнее худших. Было установлено, что наиболее эффективные плоские коллекторы изготавливаются в Австрии и Германии, и наиболее эффективные вакуумные в Швейцарии и Северной Ирландии. Шесть из 10 худших вакуумных трубчатых коллекторов производится в Китае. Однако китайские модели лидируют на рынке за счет заметного ценового преимущества. В Европе большее распространение получили именно вакуумные коллекторы, они хорошо подходят именно для нежаркого климата, т.к. более эффективны в холодных условиях. Солнечные коллекторы способны нагревать воду до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.
Для нашей страны такие системы могут быть использованы как для приготовления горячей воды, так и для дополнительного нагрева воды системы отопления.
Системы солнечного отопления применяются для накопления солнечной энергии в аккумуляторных баках систем отопления зданий и сооружений, производства горячей водопроводной воды и подогрева бассейнов, тем самым уменьшая ежемесячные затраты на коммунальные услуги.
Аккумулятор тепла обеспечивает возможность сохранять тепло, что позволяет применять различные сочетания источников тепла. Соответственно, это помогает потребителю при ограниченном доступе к энергии или высоких ценах на энергоносители. Например, тепло от солнечных коллекторов предпочтительно накапливать и хранить в течение дня для использования в ночное время.
При правильной установке, солнечные коллекторы являются более экономичными в эксплуатации на всем сроке службы системы, чем системы нагрева воды с помощью электричества: электрокотлы, тепловые насосы, системы рекуперации тепла или газ.
Солнечное отопление может являться автономным источником тепла, а также может применяться в качестве дополнительного источника тепла для систем, использующих котлы, тепловые насосы или системы центрального отопления. Для этого контур отопления использует нагретую солнечными коллекторами через теплообменник буферную емкость отопительного контура. Контроллер проверяет, достигнута ли необходимая комнатная температура и, в том случае, если температура ниже заданной, подключается дополнительно водогрейный котел.
Схема работы отопления с солнечными коллекторами в качестве вспомогательных нагревательных приборов. Схема упрощенная.
На мой взгляд, данная схема вполне применима для России. Она использует вакуумные трубчатые солнечные коллекторы в качестве вспомогательных элементов для подогрева промежуточного теплоносителя - например, водного раствора гликолей. Основным источником тепла остается котел работающий на электричестве, газе или любом другом топливе. В баке установлены два змеевика - в одном проходит горячий теплоноситель системы солнечных коллекторов, который осуществляет предварительный нагрев. В другом нагретый теплоноситель из котла, который осуществляет только догрев воды системы отопления. Предпочтительна все равно схема с теплыми полами, как требующая меньшую температуру теплоносителя и большую инерционность, нежели радиаторы. Такая схема более дорогостоящая, но зато все сезонная. Так как идет постоянное снижение стоимости солнечных панелей, их применение становится все более оправданно экономически. Особенно это касается солнечных водонагревателей, которые используются только для получения горячей воды.
Очень хорошо ситуация для России расписана в статье Екатерины Зубкововой "Дорогой коллектор для бесплатной энергии" : http://www.energyland.info/analitic-show-90573
Солнечные водонагреватели
Как таковой, конкурентный рынок солнечных коллекторов у нас в стране отсутствует. И они продолжают оставаться редкой диковинкой. Распространение они получили в основном в Приморском крае, где их везут из Китая.
Даже в причерноморских регионах и на Кавказе не получили заметного распространения даже солнечные водонагреватели... Так что вроде и потребность есть, а по факту применения не находят.
Предлагаю обсудить применимость таких систем в России. По моим беглым подсчетам ориентировочно система из 10 кВт должна окупиться за 5 лет, но это расчеты с коленки. И при наличии субсидии от государства, как это делается во многих странах Европы, процесс мог бы пойти быстрее.
Также интересные статьи по теме:
http://www.energyland.info/analitic-show-90573
http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=450
http://www.iea-shc.org