Використання енергії сонця
Сонце - ефективне джерело енергії, за яку не треба платити. Отримати від небесного світила якомога більше тепла, нагріти їм воду або обігріти будинок незалежно від погоди і пори року дозволяє геліоустановка - пристрій для використання сонячної енергії в інші види. Основним елементом в конструкції геліосистеми є сонячний колектор (геліоколектор). Саме він перетворює сонячну енергію в теплову.
Принцип роботи геліосистеми такий.
Сонячні промені падають на колектор і поглинаються, тим самим нагрівають до температури 90-140 ° С теплоносій (зазвичай незамерзаюча нетоксична рідина), який циркулює в колекторі. По трубопроводах високо температурний теплоносій подається в бак-акумулятор, тим самим нагріваючи воду в баку.
Воду використовують для гарячого водопостачання або обігріву будинку, а остиглий теплоносій повертається в колектор. Процес цей повторюється багаторазово від сходу до заходу сонця. Сучасні геліоколектори дозволяють системі працювати круглий рік, навіть в похмурі дні.
Якщо температура в колекторі перевищує температуру у водонагрівачі, то циркуляційний насос в комплексній розподільної геліостанції перекачує нагрітий теплоносій по трубопроводах в бак-водонагрівач (накопичувальний бак). Накопичувальний бак гарячої води являє собою бак заданого обсягу (зазвичай від 250 до 500 літрів), який використовується як акумулятор тепла, отриманого від геліоколекторів. Конструктивно нагадує бойлер, має один або два внутрішніх теплообмінника і / або додатковий електричний нагрівач. Накопичувальний бак акумулює гарячу воду, зберігає отримане тепло, при необхідності додатково підігріває воду за допомогою електронагрівача і забезпечує теплообмін з основною системою опалення .
За кількістю контурів теплоносія геліосистеми поділяють на одно- і двоконтурні, за способом циркуляції теплоносія - на системи з природною і з примусовою циркуляцією.
Одноконтурні системи опалення
В одноконтурних системах в колектор надходить і нагрівається вода з бака-акумулятора. Ця система проста і має найвищий ККД. Принцип дії заснований на явищі природної конвекції - теплих мас води вгору. В системі циркулює вода, використовувана безпосередньо для гарячого водопостачання в теплу пору року. При нагріванні води її об'єм дещо збільшується, а щільність і питома маса знижуються - вода стає легше і висхідними потоками піднімається по колектору у верхню частину бака. Однак в наших умовах є малоефективною, так як для її роботи необхідна високоякісна вода, але у нас вода жорстка, а що містяться в ній домішки і солі можуть призвести до швидкого руйнування системи. До того ж у нас навіть пізньою весною або ранньою осінню бувають заморозки, при яких вода замерзає (що призводить до руйнування системи). Тому для нашого клімату краще використовувати двоконтурні системи. Вони вигідно відрізняються саморегульовані і найбільшою ефективністю використання сонячної енергії. У них спеціальний теплоносій - антізамерзающая рідина, теплова енергія якої від теплоносія передається воді в баку-накопичувачі з допомогою спеціального теплообмінника.
Теплоносій може циркулювати в колекторному колі природним чином (розігріваючи і прямуючи в верхню частину колектора) або за допомогою циркуляційного насоса. Системи з природною циркуляцією теплоносія широко застосовуються в регіонах і країнах з теплим кліматом і великою кількістю ясних днів (наприклад, в Туреччині, Греції, Ізраїлі, Єгипті). У наших кліматичних умовах більш ефективні системи з примусовою циркуляцією.
Куди направити енергію сонця
Сонячну енергію використовують переважно для підготовки гарячої води. Хоча з її допомогою можливо вирішувати і завдання опалення будинку. Для цього необхідно значну кількість сонячних колекторів. Правда, в даному випадку потрібно бути готовим до того, щоб було джерело споживання даного надлишкового тепла влітку. Наприклад, направити тепло на підігрів відкритого басейну, якщо такий є.
Також можна використовувати сонячну енергію для часткового або повного забезпечення будинку електроенергією - перетворення відбувається в спеціальних фотоелектричних установках. Правда, коштують вони для нас поки дороговато.

Де встановити геліоколектор?
Колектор можна встановити де завгодно з орієнтацією на південь, південний схід, південний захід. Наприклад, на покрівлі будинку, на відкритих майданчиках, на землі, наприклад, біля басейну, або на балконі. Сонячні колектори можуть встановлюватися на будь-якому просторі: як горизонтальному - дахи будинків, техмайданчики, так і вертикальному - балкони. При цьому експозиція (північ-південь) і кут нахилу (0-90 °) надають значення на ефективність роботи всієї системи. Максимально ефективна південна орієнтація. Функціонування системи можливо в будь-який час року і погоду, найбільша продуктивність доводиться на період весна-літо-осінь.
Сонячні колектори можна підключити
до вже діючої системи опалення та гарячого водопостачання.
види геліоколекторів
Колектор може бути представлений або у вигляді пластини (плоский), або у вигляді вакуумних трубок.
Плоскі сонячні колектори добре працюють при нормальній сонячної інтенсивності в період з травня по вересень, причому в літній час можуть повністю перекривати потреби в гарячій воді. У наших кліматичних умовах такі системи ідеально підходять для дачі або будинку сезонного проживання. У південному регіоні - для цілий рік експлуатованих будинків (на літній період і міжсезоння).
Їх перевага - низька ціна.
Корпус плоского колектора являє собою раму з оцинкованої сталі або анодованого алюмінію, в яку герметично вставлений лист градостойкого скла з низьким вмістом заліза (0,03%) товщиною близько 3 мм, що дозволяє зменшити тепловтрати. Головним компонентом плоского колектора є мідний поглинач з селективним покриттям, що забезпечує високий рівень поглинання сонячної енергії і низький рівень випромінювання теплової енергії. На поглиначі встановлена ​​мідна трубка, через яку протікає теплоносій. Поглинач захищений корпусом колектора з посиленою теплоізоляцією, також мінімізує втрати тепла. Кількість сонячного випромінювання, яке потрапляє на поверхню сонячного колектора, досягає свого максимуму тільки опівдні, коли сонце знаходиться в зеніті. Вранці і ввечері сонячні промені падають на нього під кутом, і кількість сонячного випромінювання зменшується. Плоскі колектори не працюють взимку, тому що навіть при двоконтурної системі антифризу максимально допустима експлуатаційна температура - близько -5-10 ° С. При подальшому її зниженні тепловтрати зводять результат до нуля. Чим більше сонячної енергії поглине геліоколектор і чим менше її втратить, тим ефективніше буде працювати система.
Вакуумний колектор - комплекс вакуумних трубок, що перетворюють потік сонячного випромінювання в теплову енергію. І далі отримане тепло передається в бак-накопичувач за допомогою циркулюючої в системі незамерзаючої рідини-теплоносія. Робота вакуумних трубок заснована на простому принципі теплової труби, яка являє собою порожнистий мідний стрижень, запаяний з обох кінців з розширенням у верхній частині. Усередині нього знаходиться нетоксичний реагент, який при закипанні випаровується і в пароподібному стані піднімається у верхню частину - наконечник, температура на якому може досягати 250 ° С. І там конденсується, віддаючи тепло, а конденсат стікає по стінках трубки, і процес повторюється. Знімання тепла може здійснюватися по-різному, наприклад, безпосередньо з наконечника через стакан, упаяний в трубу, по якій протікає солярна рідина. У закритому контурі це може бути рідина на основі гліколю (тепло надходить в накопичувальний бак), у відкритій системі - вода (вона подається безпосередньо в бойлер). Що б це не було, тепло відразу після поглинання віддається теплоносія і не йде в навколишнє середовище. У цьому полягає ключова відмінність між тепловими вакуумними трубами і плоскими сонячними колекторами, що підвищує їх ефективність експлуатації круглий рік (на відміну від плоских). Рекомендуємо вам ознайомитися з енергетикою майбутнього з зеленими видами палива .
Вакуумні трубки завдяки циліндричної форми прекрасно працюють протягом дня, тому що їх поверхня постійно освітлена сонцем. Це призводить до отримання стабільної енергії при різних кутах падіння сонячних променів. Трубки добре захищені від несприятливих природних впливів (граду, вітру та іншого), але у таких систем є і відмінні риси. Наприклад, кожну трубку треба підключатися до системи окремо, що разом з тим, дозволяє також робити легкий ремонт системи (при виході з ладу однієї трубки), не зупиняючи всю систему.

окупність геліоколекторів
Системи сонячного теплопостачання вважаються одними з найнадійніших, безпечних і довговічних. Але лише за умови, що вони були правильно розраховані і грамотно змонтовано. В іншому випадку система не буде виробляти бажаної кількості теплової енергії або взагалі вийде з ладу.
За оцінками фахівців, в теплу пору року господарі котеджу можуть повністю відмовитися від споживання газу і електроенергії для приготування гарячої води, а взимку заощадити на енергоносіях 40-60%.
Для жителів європейських країн термін окупності геліосистем, за оцінками фахівців складає від 3-5 до 7-9 років (для побутових і комерційних систем відповідно).
Для жителів України ці цифри вище, але, з урахуванням щорічного підвищення тарифів на газ і електроенергію, терміни окупності у нас зменшуються.
Автор дякує фахівцям компаній BOSCH-Термотехніка і атмосфери. ua за консультації і допомогу в підготовці матеріалу.

Автор: Ольга Камолікова
Джерело: ДОМ.ua