Экономия с помощью солнца или все о солнечном коллекторе
Солнечные коллекторы приобретают все большую популярность в Беларуси. Их устанавливают в школах, детских садах, жилых домах и других зданиях. Разбираемся, как устроен солнечный коллектор, какие типы бывают и раскрываем преимущества коллекторов на примере детского сада № 3 в г. Ошмяны.
Солнце посылает на Землю колоссальное количество энергии. На экваторе мощность солнечного теплового потока составляет до 1000 Вт/м2 поверхности земли. Для условий Беларуси эта величина, значительно ниже. Тем не менее, на нашу территорию попадает такое количество солнечной энергии, которое более чем в 7000 раз превышает наши потребности. Солнечный коллектор – одно из устройств, помогающих преобразовать энергию солнечного света в тепловую энергию.
В условиях Беларуси основное количество солнечной энергии поступает в теплое время года, уже после отопительного сезона. Поэтому наиболее эффективным решением будет встроить солнечный коллектор в систему горячего водоснабжения.
Как работает коллектор
Основной элемент коллектора – приемное устройство. Конструкция и размеры этого устройства зависят от параметров потребителя тепловой энергии. Солнечная энергия попадает на «приемник» и нагревает его. Тепло транспортируется от приемника к баку-накопителю с помощью теплоносителя по специальным трубопроводам. Для теплой климатической зоны теплоносителем может быть обычная вода, но в наших широтах такой вариант не подходит. Чтобы предовратить замерзание труб, в качестве теплоносителя используется водный раствор пропиленгликоля (температура замерзания которого равна минус 59 0С) в соотношении, как правило, 1:1. Циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса.
Таким образом теплоноситель, поступающий от солнечного коллектора, греет воду, находящуюся в баке-накопителе, которая попадает в наши краны. Описанный процесс происходит автоматически, за это отвечает контроллер.
Мощность теплового коллектора определяется таким образом, чтобы обеспечить в летнее время полный нагрев горячей воды. Однако даже летом, при сильной облачности коллектор не сможет покрыть нужды в нагреве на 100%. Поэтому рекомендуется иметь дополнительный источник энергии (тепловая сеть, тепловой насос или электронагреватель), который при нехватке солнечной энергии догреет воду до санитарных требований.
Типы коллекторов
С каждым годом конструкции коллектором все больше совершенствуются в направлении высокой эффективности. К основным типам коллекторов можно отнести два: плоский и вакуумный.
Плоский солнечный коллектор внешне представляет собой панель темного цвета с прозрачным стеклянным покрытием. Внутри панели находится теплопоглощающее покрытие и медные трубки, по которым циркулирует теплоноситель: пропиленгликолевая жидкость. Солнечные лучи падают на поверхность панели, проходят через стекло и посредством теплопоглощающей поверхности греют непосредственно циркулирующий в трубках теплоноситель, который затем поступает в бак-накопитель. Плоский коллектор наиболее эффективен летом, а при отрицательной температуре имеет, несмотря на тепловую изоляцию, большие теплопотери.
Вакуумный коллектор состоит из ряда стеклянных вакуумированных трубок, которые образуют панель. Внутри каждой стеклянной трубки установлена тепловая трубка, заполненная фреоном. Стеклянная трубка – прозрачная, а внутри покрыта специальным напылением, которое поглощает солнечную энергию. За счет вакуума между стеклянной трубкой и тепловой трубкой отсутствуют тепловые потери, то есть сохраняется около 95% полученной от солнца энергии. Сам по себе вакуум – прекрасный теплоизолятор, поэтому и такие маленькие потери тепла. Поэтому вакуумные коллекторы могут работать при температуре до -30 градусов C и обладают относительно высоким КПД даже в пасмурную погоду. Благодаря современным технологиям изготовления, вакуумные солнечные коллекторы, как правило, дешевле плоских.
Солнечные коллекторы позволяют использовать возобновляемую энергию солнца, которая замещает тепловую энергию, полученную от традиционных источников энергии. Например, в Ошмянах такой источник — это котельная, работающая на торфе. Замещение торфа энергией солнца позволит снизить выбросы парниковых газов, а также экономить средства на закупку тепловой энергии, вырабатываемой этой котельной. В среднем, затраты на солнечный коллектор окупаются за 6-7 лет.
Экономия даже зимой – пример детского сада № 3
Рассмотрим конкретный пример детского сада № 3 в г. Ошмяны с ярким названием «Солнцеград». Там установлен вакуумный солнечный коллектор, состоящий из 150 вакуумных трубок (пять панелей, каждая по 30 трубок, общая площадь 14 м2). За 3 зимних месяца он выработал 650 кВт·ч тепловой энергии для системы горячего водоснабжения, что довольно мало и объясняется коротким световым днем, крайне малым количеством солнечных дней и обильными снегопадами. Но даже при этом скромном показателе детскому саду удалось сэкономить 100 рублей.
На весну-лето прогнозы более оптимистичные. С мая по сентябрь солнечный коллектор в ясную погоду полностью обеспечит нужды горячего водоснабжения садика. А это, примерно, 2-3 м3 горячей воды ежедневно. В пасмурные летние дни и остальное время года солнечный коллектор является первой ступенью нагрева воды системы ГВС. Далее, вода догревается до санитарных требований с помощью тепловых насосов. Тепловая сеть в межотопительный период будет отключена. С целью подробного анализа работы коллектора он оборудован собственным тепловым счетчиком и расходомером воды, используемой на нужды ГВС.
По прогнозным оценкам, с учетом ежедневного потребления горячей воды в количестве 2-3 м3, за 5 месяцев с апреля по сентябрь 2021 года солнечным коллектором будет получено и использовано порядка 15 Гкал тепловой энергии на нужды ГВС. За это время примерная экономия денежных средств составит порядка 2600 руб.
О работе и преимуществах тепловых насосов читайте в нашем следующем материале.
Материал подготовлен в рамках реализации проекта «Внедрение мероприятий по энергоэффективности с целью устойчивого энергетического развития Ошмянского района Беларуси», финансируемого Европейским Союзом и софинансируемого Ошмянским районным исполнительным комитетом в рамках программы «Соглашение Мэров — демонстрационные проекты».
Татьяна Остроух