В большинстве солнечных водонагревательных систем используются солнечные коллекторы или панели для поглощения энергии солнца. Вода нагревается солнцем, проходя через коллекторы. Затем она поступает в изолированный накопительный бак для последующего использования. В пассивных системах вода циркулирует за счет термосифонного эффекта между коллекторами и баком. В неактивных системах вода перекачивается между коллекторами и баком.
Накопительный бак обычно оснащается электрическим, газовым или твердотопливным нагревателем, который подогревает воду при недостатке солнечного света. Некоторые солнечные водонагреватели также имеют защиту от замерзания, чтобы предотвратить повреждения в районах, подверженных заморозкам.
Солнечные коллекторы
Солнечные коллекторы улавливают и используют тепло солнца для повышения температуры воды. Существует два основных типа солнечных коллекторов: плоские и вакуумные трубчатые коллекторы.
Плоские солнечные коллекторы – это наиболее распространенный тип. Они состоят из:
– Герметичная коробка с прозрачной крышкой.
– Темная металлическая поглощающая пластина, содержащая водопроводные трубы. Изоляция для уменьшения теплопотерь с задней и боковых сторон поглощающей пластины. Небольшим недостатком плоских коллекторов является то, что они работают с максимальной эффективностью только тогда, когда солнечные лучи падают перпендикулярно пластине. Кроме того, в холодную погоду они также теряют некоторое количество тепла.
Солнечная система горячего водоснабжения с вакуумными трубками.
Солнечные коллекторы с вакуумными трубками – этот тип коллектора состоит из:
Ряд прозрачных внешних стеклянных трубок, пропускающих световые лучи с минимальным отражением.
Каждая трубка содержит внутреннюю водопроводную трубу, покрытую слоем, поглощающим солнечные лучи и генерирующим тепло.
Вода протекает через эту внутреннюю трубку и нагревается.
Между внешней трубой и водопроводной трубой существует вакуум (отсюда и название ‘вакуум’), который действует как изоляция, уменьшая потери тепла.
Системы с вакуумными трубками более эффективны, чем системы с плоскими пластинами, особенно в прохладные месяцы и в пасмурные дни. Это частично объясняется вакуумной изоляцией (которая минимизирует потери тепла), а частично тем, что изогнутая поверхность трубок позволяет солнечным лучам падать перпендикулярно воде большую часть дня. Системы с вакуумными трубками весят значительно меньше, чем системы с плоскими пластинами, но стоят значительно дороже. Отдельные трубки можно заменить в случае повреждения, что потенциально снижает затраты на долгосрочное техническое обслуживание. В более теплом климате, например, в Дарвине, дополнительные затраты на вакуумные трубки обычно не оправданы, поскольку солнечный коллектор с плоскими пластинами обеспечит большую часть энергии, необходимой для нагрева воды. При надлежащем техническом обслуживании солнечные тепловые коллекторы должны прослужить дольше, чем накопительный бак. Когда баку потребуется
При замене существующие коллекторы можно подключить к новому резервуару.
защита от мороза
Защита солнечных коллекторов от замерзания крайне важна в районах, подверженных заморозкам. Во время заморозков вода в солнечных коллекторах может замерзнуть.
Заморозки могут привести к их повреждению, если не будут приняты профилактические меры. К распространенным видам защиты от заморозков относятся:
Спускные клапаны (механические сливные клапаны). Эти клапаны могут создавать проблемы, поскольку часто заклинивают в открытом положении и сливают воду из резервуара, или же выходят из строя, вызывая серьезные повреждения.
Электрические нагревательные элементы, которые уязвимы в случае отключения электроэнергии.
Системы замкнутого цикла, в которых теплоноситель отделен от воды (см. иллюстрацию ниже). Системы замкнутого цикла обычно являются лучшим вариантом в районах, подверженных заморозкам, поскольку они гарантируют, что вода не будет протекать через солнечные коллекторы и, следовательно, не замерзнет в них.
Разомкнутая цепь против замкнутой цепи
– В системе с открытым контуром вода течет непосредственно через солнечные коллекторы, в накопительный бак, а затем по трубам в ваш дом.
– В замкнутой системе через коллекторы протекает жидкость, отличная от воды, которая поглощает тепло от солнца и передает это тепло воде в накопительном баке через теплообменник. Замкнутые системы чаще всего используются для защиты от замерзания (см. иллюстрацию ниже). Для предотвращения образования льда в солнечных коллекторах используется жидкость с более низкой температурой замерзания, чем у воды. Важно тщательно выбирать жидкость, так как некоторые из них становятся ‘вязкими’ и снижают эффективность.
В некоторых системах замкнутого цикла горячая вода прокачивается через коллекторы, когда температура приближается к нулю. Это значительно снижает эффективность. Избегайте систем с такой особенностью.
Пассивные и активные системы
Пассивные (или термосифонные) системы
В пассивных системах (или термосифонных системах) бак размещается над солнечными коллекторами, чтобы подавать холодную воду.
Вода стекает в коллекторы, где нагревается солнцем, и поднимается в резервуар. Это непрерывный поток воды.
Благодаря коллекторам создается система без использования насосов.
Пассивные системы бывают двух типов:
– с замкнутым соединением или самотечной подачей.
В системе с близким расположением резервуара горизонтальный накопительный бак устанавливается непосредственно над коллектором на крыше. Нагретая вода подается под давлением водопровода. Такая компоновка является наиболее экономически выгодной, но в холодном климате ее эффективность снижается из-за теплопотерь из бака.
В таких климатических условиях желательна дополнительная теплоизоляция баков. В качестве альтернативы баки можно демонтировать и переместить внутрь чердачного пространства, хотя это и увеличивает стоимость. В системе с самотечной подачей воды накопительный бак устанавливается в чердачном пространстве. Такие системы дешевле всего приобрести, но бытовая сантехника должна быть пригодна для самотечной подачи, включая трубы большего диаметра между водонагревателем и кранами. Распространенной альтернативой является использование замкнутой системы самотечной подачи для нагрева воды под давлением из водопровода с помощью теплообменника.
Активные (или насосные) системы
В пассивных системах (также известных как насосные системы или раздельные системы) солнечные панели устанавливаются на крыше, а накопительный бак располагается на земле или в другом удобном месте, не обязательно над солнечными коллекторами. Вода (или другая жидкость) перекачивается через солнечные коллекторы с помощью небольшого электрического насоса. Поскольку активные системы не требуют установки бака на крыше, они менее заметны, особенно если солнечные коллекторы установлены заподлицо с крышей. Однако активные системы обычно дороже в приобретении и требуют большего обслуживания, чем пассивные системы.
Активные системы потребляют больше энергии, чем пассивные, поскольку для перекачки жидкости по системе требуется дополнительная энергия. Также возникают дополнительные теплопотери в трубах между баком и солнечными коллекторами. Однако, если для питания насоса используется возобновляемая энергия, а трубы и бак имеют высокий уровень теплоизоляции, активные системы могут сократить выбросы парниковых газов так же значительно, как и пассивные. Активные системы часто используются при переходе на солнечную энергию, когда солнечные коллекторы добавляются к существующей системе горячего водоснабжения. Они также могут использоваться, когда крыша не выдерживает пассивную систему.
резервуары для хранения
Резервуары изготавливаются из нержавеющей стали, меди или низкоуглеродистой стали с покрытием из стекловидной эмали.
Резервуары с медной облицовкой подходят только для систем низкого давления. Остальные резервуары подходят для систем под давлением водопровода.
В резервуарах из стеклоэмали используется ‘жертвенный анод’, который необходимо заменять каждые несколько лет для защиты от коррозии (чаще при плохом качестве воды). Другие резервуары такой защиты не требуют. Наружные резервуары для хранения воды могут пострадать от мороза и значительных теплопотерь в холодном климате. В таких условиях их следует по возможности размещать в помещении, например, в сушильном шкафу.
бустерные системы
Солнечные водонагреватели могут работать на газе, электричестве или твердом топливе.
В электрических водонагревателях для нагрева воды используется электрический нагревательный элемент, расположенный внутри накопительного бака. В газовых водонагревателях для нагрева воды используется горелка, работающая на природном газе, либо в накопительном баке, либо, что чаще, в отдельном резервуаре.
Установка расположена ниже по потоку от накопительного бака. Газовые бустеры, устанавливаемые в линию, становятся все более распространенными, поскольку они гарантируют подачу горячей воды желаемой температуры, максимально используя при этом солнечную энергию. Бустеры на твердом топливе нагревают воду через теплообменник, обычно называемый системой ‘мокрой обратной связи’.
Системы наддува, работающие на газе и твердом топливе, производят меньше выбросов парниковых газов. Ускорители могут управляться вручную или автоматически термостатом, который включается при сбросе давления в бак.
Температура падает ниже желаемого уровня. Если догреватели спроектированы и эксплуатируются неправильно, они могут свести на нет смысл использования солнечного водонагревателя, снижая вклад солнечной энергии.
Например, термостатически регулируемые нагревательные элементы, расположенные внутри бака, часто включаются ночью, а это значит, что с восходом солнца полезного обогрева практически нет.
В хорошо спроектированных солнечных водонагревателях, использующих электрический нагревательный элемент внутри бака, нагревательный элемент располагается таким образом, чтобы максимально использовать солнечную энергию. Горячая вода поступает в бак снизу, поэтому элемент должен располагаться высоко в баке, чтобы избежать помех для поступающей горячей воды. Однако, если он расположен слишком высоко в баке, он не сможет нагреть достаточное количество воды в пасмурные дни.
Таймеры также можно использовать для управления допинг-генераторами и обеспечения максимальной отдачи от солнечной энергии. Проконсультируйтесь со своим поставщиком по поводу правильной работы таймеров.
