«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Солнечные коллекторы на Западе рассматриваются как «зеленая альтернатива» углеводородному топливу, но в российском быту они пока не получили широкого распространения. Скорее всего, причина кроется в неосведомленности потенциальных пользователей. Ведь при правильном применении солнечный коллектор вполне окупает себя даже в нашем, достаточно суровом, климате.
«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Фото: Legion-Media

Идея использовать тепло солнца для нагрева воды не нова. Во многих дачных хозяйствах есть специальная бочка или другая аналогичная ёмкость, выставленная под прямые лучи солнца. Утром в бочку наливают ледяную воду из колодца, а к вечеру она прогревается до комфортной температуры и вполне подходит для мытья, стирки или, скажем, полива теплолюбивых растений.

Современные гелиосистемы работают по схожему принципу. Солнечные лучи нагревают в специальном коллекторе жидкость-теплоноситель, которая поступает в бак с теплообменником и через последний подготавливает воду для нужд потребителя. В качестве теплоносителя, как правило, используется смесь воды и антифриза, не замерзающая при минусовых температурах. Помимо вышеперечисленных элементов в состав системы обычно входит циркуляционный насос, перекачивающий жидкость (существуют, впрочем, и системы с естественной циркуляцией), а также электронные устройства контроля и управления, которые регулируют работу системы.

Какие ошибки чаще всего допускают покупатели при выборе гелио­системы?

Как правило, они хотят получить 100 % энергии от солнечного коллектора, не учитывая, что солнце нельзя «выключить», то есть прекратить нагрев по своему желанию. В результате система перегревается, особенно из-за отсутствия водоразбора в жаркие летние дни. Установку нужно подбирать именно для самого жаркого периода, а в более холодные дни использовать дополнительный источник нагрева либо решить проблему сброса тепла, например предусмотреть шторки, закрывающие коллектор.

Почему солнечные коллекторы не используют для нагрева воды в радиаторных системах отопления зимой?

Тому есть несколько причин. В частности, зимой потребляется много тепла в ночное время, соответственно, днём надо создать значительный запас горячей воды в буферной ёмкости для отопления ночью, что приводит к дополнительным затратам (не считая большого количества коллекторов). Кроме того, в системе солнечных коллекторов циркулирует смесь полипропиленгликоля с водой, а в радиаторах — вода. Теплоотдача от радиаторов с полипропиленгликолем будет ниже, поэтому придётся увеличить число приборов отопления. В итоге система окажется дорогой, с большим сроком окупаемости. У «Аристон» представлены гелиосистемы нескольких типов, как с естественной, так и с принудительной циркуляцией. Системы с естественной циркуляцией — в основном для сезонного использования. Их максимальная эффективность должна совпадать с периодом применения (лето). Электричество для работы не требуется, но можно подключить ТЭН при необходимости догрева ночью. Эффективность таких систем ниже, чем принудительных, но при этом выше уровень защиты от перегрева.

Сергей Бугаев

Специалист по продукту, Департамент маркетинга «Аристон Термо Русь»

Топим по очереди

В среднем за год гелиосистема покрывает примерно 60 % потребности энергии в приготовлении горячей воды. Летом гелиосистема способна полностью обеспечивать ею коттедж. Зимой или в дождливые, пасмурные дни она используется совместно с другими источниками энергии. В качестве вспомогательного оборудования может выступать, например, газовый, дизельный или твердотопливный котёл. В этом случае коллектор и котёл подключаются к так называемому бивалентному баку — то есть баку с двумя встроенными теплообменниками. Существуют и бойлеры с тремя теплообменниками для подключения трёх разных источников, но они встречаются реже.

Связка «гелиосистема — котёл» настолько популярна, что большинство крупных производителей отопительного оборудования (Ariston, Baxi, Bosch, Buderus, De Dietrich, Viessmann) предлагают модели обоих типов. Таким образом, можно собрать систему с единым устройством управления. Например, у Ariston  работа гелиосистемыи котла регулируется с помощью устройства контроля Ariston Sensys, у Viessmann — контроллера Vitosolic.

Схема конструкции коллектора

«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Рисунок: Игорь Смирягин/Burda Media

1 — градостойкое стекло; 2 — абсорбер с высокоселективным покрытием; 3 — двойной теплообменник меанд-рового типа; 4 — основание из алю-миниевого сплава и теплоизоляция

Плоские коллекторы эффективнее работают летом и при прямом солнечном излучении, а вакуумные, наоборот, лучше проявляют себя в условиях рассеянного излучения зимой и в период частичной облачности

Труба или плоскость?

Наибольшее распространение получили плоскопанельные и трубчатые модели солнечных коллекторов. У них есть свои преимущества и недостатки.

«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Фото: Ariston

Плоские коллекторы внешне напоминают солнечные батареи. И немудрено: их наружная плоскость представляет собой прямоугольную панель из ударопрочного стекла. Под ним находится абсорбер — элемент, поглощающий солнечное излучение. Поверхность абсорбера, повёрнутая к солнцу, зачернена специальным покрытием, а под ней проложены трубки теплообменника с жидкостью-теплоносителем (см. рисунок). За счёт избирательной светопроницаемости стекла внутри панели создаётся парниковый эффект: свободно проникающие внутрь солнечные лучи нагревают абсорбер, который начинает отражать длинноволновые лучи, последние не проходят сквозь стекло и не могут покинуть коллектор.

В вакуумных трубчатых коллекторах вместо плоского абсорбера используются вакуумные двухстенные стеклянные трубы с отражающим покрытием, нанесённым на их внутреннюю поверхность. Конструкция работает как «термос на­оборот»: солнечные лучи проходят сквозь стекло и нагревают расположенные внутри трубки теплообменника с теплоносителем.

Принято считать, что солнечные коллекторы эффективны лишь в южных областях и странах, однако ряд проектов частных домов с гелиосистемами уже реализован по всей Европейскойчасти России, на Урале и в Сибири

Сколько «квадратов» нам нужно?

«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Фото: Buderus

Площадь солнечного коллектора зависит от расчётной производительности гелиосистемы. Например, вы хотите получать горячую воду для мытья и хозяйственных нужд. Прежде всего вам необходимо выбрать нагревательный бак нужного размера, алгоритм вычисления его ёмкости такой же, как и для накопительных бойлеров с электрическим или газовым нагревом (о подборе бойлера см. статью «Горячее сердце бака», № 3/2014 г.). Объём зависит от числа пользователей и типа оборудования ванной комнаты (например, купель или душевая кабина).

Определив объём бойлера, вы узнаете производительность солнечного коллектора и, соответственно, вычислите их площадь и рассчитаете, какое пространство необходимо для монтажа. Для более точного расчёта стоимости могут потребоваться дополнительные параметры, такие как наклон кровли и угол между горизонтальной проекцией перпендикуляра к ней и южным направлением. Для расчётаиспользуются готовые алгоритмы, так что профессионал легко выполнит эту работу. Многие производители и монтажники делают расчёт бесплатно.

Сколько стоят «квадраты»? Цена во многом зависит от производителя. Недорогие китайские можно приобрести за 10–20 тыс. руб. за модуль коллектора площадью 2 м². Аналогичное изделие европейского производства стоит в 3–4 раза дороже. Ещё в 30–60 тыс. руб. обойдутся контроллер и бойлер.

Обычно солнечные коллекторы устанавливаются таким образом, что они располагаются выше, чем ёмкостный водонагреватель. Трубопроводы, соединяющие коллектор и водонагреватель, прокладываются с постоянным уклоном и должны быть насколько возможно короткими. Необходимо, чтобы они были устойчивы к температурам до 150 °С и давлению в 6 бар, поэтому лучше использовать медные трубы. Что касается теплоизоляции, то к ней тоже есть определённые требования: толщина, устойчивость к высоким температурам, ультрафиолету и т. п. Оптимальный вариант — применять специальные трубопроводы Duo Tube: прямая, обратная линии вместе с кабелем для датчика коллектора объединены в общий кожух из теплоизоляции (с защитой от ультрафиолета), а сверху покрыты материалом, который выдержит удары птичьих клювов.

Ольга Коваленко

Руководитель направления «Возобновляемые источники энергии De Dietrich» компании «Русклимат Термо»

Оптимальный наклон плоскости коллектора

Панели солнечных коллекторов располагают на наклонной плоскости таким образом, чтобы в течение дня лучи солнца падали на них под углом, максимально приближенным к прямому. Оптимальный наклон плоскости коллектора соответствует географической широте местности и составляет, например, для Москвы 57°. Для Северного полушария подходит южное направление «взгляда» панели (скажем, южный скат крыши). Разумеется, другие предметы не должны загораживать коллектор от солнца. Далеко не всегда удаётся соблюсти все условия, поэтому при монтаже коллекторов широко используются сборные или сварные металлические конструкции.

«Зеленая альтернатива» углеводородному топливу

Фото: De Dietrich

Проще всего, когда требуемый наклон панели соответствует скату крыши. В этом случае дополнительный наклон не нужен, и коллектор будет устанавливаться на монтажную шину из профилированного металла. Шина прокладывается перпендикулярно стропилам и опирается на них с помощью специальных стропильных крюков. Расстояние между крюками рассчитывается по справочным таблицам и зависит от расстояния между стропилами и от снеговой нагрузки. Стропильные крючья опираются только на стропила либо на промежуточную обрешётку (при этом используется дополнительный опорный уголок) и не должны опираться непосредственно на кровлю. Соединение трубопроводов выполняется посредством пресс-фитингов или пайки твёрдым припоем. 

Установка коллектора — ответственная операция, ведь об ошибках неопытных или небрежных монтажников вы, скорее всего, узнаете тогда, когда исправить их уже будет практически невозможно. Поэтому лучше обращаться к монтажникам, имеющим опыт подобной работы. Представитель компании осмотрит потенциальные места установки и сделает заключение о возможности размещения коллектора, а также рассчитает инженерные элементы монтажной конструкции с учётом ветровой и снежной нагрузок.  

В других странах солнечные коллекторы служат не только для отопления, но и для подогрева воды в бассейнах: в этом случае обычно используются гелиосистемы со специальным внешним теплообменником

Наиболее часто гелиосистемы используются для ГВС с двумя теплообменниками в баке (один для коллекторов, другой для котла). Эффективность работы солнечных систем гораздо выше, чем принято считать. Так, в системах Bosch коллектора площадью всего в 1,9–2,4 м2 оказывается вполне достаточно для выработки нужного количества воды. Однако эффективность полностью зависит от того, насколько правильно рассчитана система. В России распространение получили коллекторы обоих типов. В линейке Bosch представлены плоские солнечные коллекторы, сделанные в Германии. Они наиболее надёжны и способны эффективно работать круг­лый год. На коллекторах установлены устойчивое к погодным изменениям стекло и абсорбер со специальной структурой, которая повышает эффективность устройств.

Константин Еремихин

Продукт-менеджер компании «Бош Термотехника»

Монтаж солнечного коллектора на крыше

Сравнение плоскопанельных и трубчатых коллекторов

Параметры Плоскопанельные Трубчатые
Стоимость  На 20–30 % ниже, чем у вакуумных того же класса Более дорогие
Работа в течение дня КПД сильно меняется в течение дня, от минимума при восходе солнца до максимума, когда солнце в зените, далее КПД опять снижается до минимума За счёт трубчатой формы коллектора и зеркального эффекта солнечные лучи используются более эффективно и КПД почти 
не изменяется в течение дня
Работа в холодное 
время года
КПД на 30–40 % ниже, чем у вакуумных Более высокий (на 30–40 %) КПД за счёт меньших теплопотерь
Прочность, 
устойчивость к ударам  
Высокая Низкая
Ремонтопригодность  Низкая  Высокая (можно заменить повреждённую секцию)
Парусность Высокая (необходимо более прочное основание)     Средняя