ЯК РОЗРАХУВАТИ НЕОБХІДНУ КІЛЬКІСТЬ СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ?

Сонячні колектори – це установки для збирання теплової сонячної енергії. Їх використовують як альтернативу традиційному способу нагрівання води, опалення житла та підприємств, забезпечення виробничих процесів. Застосування таких нагрівачів значно заощаджує комунальні витрати.

Принцип роботи сонячного колектора будь-якого типу ґрунтується на використанні технології перетворення теплової енергії сонця. Сонце нагріває матеріал-поглинач, наприклад, темну металеву пластину, яка стикається з трубками. Рідина або повітря, що циркулює по трубках, відбирає цю теплову енергію шляхом охолодження нагрітої пластини.

Зміст статті:

• • • Типи колекторів
    • Методика вибору та розрахунку геліосистеми

Типи колекторів

Сонячні колектори для опалення містять повітря або рідини, такі як антифриз з нетоксичного пропіленгліколю та воду, що нагріваються сонцем. Повітронагрівачі нагрівають повітря, що циркулює в колекторі. Нагріте повітря використовується для обігріву окремих кімнат або подається до теплового насоса, який направляє тепле повітря через весь будинок. Рідинні нагрівачі підключені до насоса для сонячного колектора, який циркулює нагріту рідину та переміщає її з колектора трубами в будинку.

За режимом використання геліотермальні системи бувають сезонні та цілорічні. Сезонні діляться на працюючі без тиску та під тиском. Цілорічні класифікують за типом застосовуваного в системі колектора:

1. Плоский сонячний колектор. Складається з темної металевої пластини, покритої одним або двома листами скла (кришкою), які нагріваються світлом сонця, що падає на неї. Потім ця енергія передається носію, який проходить мідними трубками через задню сторону пластини. Тепло можна використовувати безпосередньо або передавати через теплообмінник на інший носій для зберігання. Сторони та дно корпусу покривають ізоляцією для зниження втрат тепла. У географічних широтах, де взимку відбувається замерзання води, застосовується антифриз.
2. Гелевий сонячний колектор. За принципом роботи і конструктивно це той самий плоский колектор, вкритий шаром прозорого аерогелю - матеріалу, виготовленого зі з'єднань кремнезему. Завдяки неймовірним теплоізоляційним властивостям колектор взимку при 0 °С досягає та підтримує температуру 220 °С. Ці системи можна застосовувати для обігріву та клімат-контролю приміщень.
3. Сонячний вакуумний колектор. У цьому пристрої використовується ряд скляних вакуумних трубок. Вакуум між шаром скла та поглиначем ефективно вловлює енергію сонця та зводить до мінімуму теплові втрати. Внутрішня трубка поглинач з'єднана з тепловою трубою для перенесення тепла до води. У цій тепловій трубці рідина перебуває під певним тиском. З одного боку труби знаходиться кипляча рідина, а з іншого утворюється пара, що дозволяє тепловій енергії ефективно переміщатися від одного боку до іншої труби і нагрівати воду.

Автоматика для сонячного колектора забезпечує керування як поодиноких колекторів, так і складних систем будь-якої конфігурації. Контролер захищає пристрої від перегріву та замерзання, керує роботою насосів із сигналом ШІМ та запобігає їх застоюванню – при тривалому простої періодично включає насос на 1 хв. Контролер оснащений дисплеєм із датчиками температури колектора та бака-накопичувача. В інноваційних моделях можна підключення додаткового обладнання: циркуляційного насоса або електричного нагрівача.

Методика вибору та розрахунку геліосистеми

Щоб вибрати сонячний колектор для опалення або нагрівання води, потрібно визначити:

• середні потреби в енергії/гарячій воді;
• поточне споживання енергії/гарячої води;
• клімат та інтенсивність інсоляції у вашому регіоні;
• ефективність розглянутих пристроїв;
• фізичний розмір пристроїв, що ви розглядаєте;
• орієнтація щодо сторін світла;
• кут нахилу

Наведемо спрощений метод розрахунку геліосистеми для гарячого водопостачання:

1. Фактична кількість води, що використовується щодня, наприклад:

V = V1 × n = 60 л/сутки × 5 чол.= 300 л/добу

2. Далі вибираємо модель та потужність сонячного колектора для нагрівання води та визначаємо його площу з урахуванням забезпечення необхідного тепла за формулами:

Q = q × SΣ × η,  де

q - середньомісячне значення інсоляції, вибирається за наведеною нижче таблицею;

SΣ – сумарна площа геліоустрою, м2;

η - КПД.

Площа, необхідна розміщення геліополя:

SΣ = Q / (q × η)

Розрахуємо кількість колекторів:

n = SΣ / S1.

Це спрощений підхід для орієнтовної оцінки можливості забезпечення свого будинку гарячою водою та вартості обладнання. Для визначення повної вартості системи до ціни основного обладнання необхідно додати ~30% на монтаж та додаткові компоненти. Системи опалення розраховуються аналогічно, ви також можете скористатися відповідними онлайн калькулятором. Для проектування та точного розрахунку з урахуванням усіх реальних умов звертайтесь до фахівців профільних компаній, які займаються встановленням та обслуговуванням геліосистем.

Таблиця середньомісячного рівня інсоляції в містах України (кВт⋅год /м2/день) за даними спостережень НАСА останні 22 роки: