Гелиосистема — это устройство для преобразования энергии солнца в другие виды энергии, например, тепловую или электрическую с помощью тепловой. Самой распространенной гелиосистемой является солнечный коллектор. Он собирает инфракрасный спектр солнечного излучения для нагрева материала-теплоносителя Простым примером является металлическая пластина черного цвета. Поглощенная тепловая энергия собирается путем охлаждения пластины материалом-теплоносителем, который проходит в трубках через ее заднюю поверхность.
В зависимости от применяемой технологии и температуры носителя, гелиосистемы бывают не концентрированные и концентрированные. Первая технология применяется в обычных бытовых коллекторах, предназначенных для отопления и горячего водоснабжения частных домов и дач.
Концентрированные системы состоят из массива расположенных под оптимальным углом оптических устройств, фокусирующих солнечный свет на небольшом приемнике, увеличивая концентрацию света в десятки раз. Концентрированная технология применяется в высокотемпературных коллекторах для получения температур 250 - 300°C для коммерческих нужд и промышленности. Концентрированные гелиосистемы также используются для получения пара и производства электроэнергии мощными промышленными электростанциями с паровой турбиной и электрогенератором.
Содержание статьи:
Типы гелиосистем и их применение
В настоящее время существует множество видов гелиотермальных систем. Соответственно и применение они имеют разнообразное:
- гелиосистемы для нагрева воды для частных домов, коттеджей, гостиниц, ресторанов, небольших коммерческих предприятий;
- гелиосистема для отопления дома — в зависимости от климата, типа и емкости системы способна обогреть средний дом, коммерческие объекты и отдельные помещения;
- гелиосистема для бассейна — комплект без накопительного бака для подогрева воды в открытых емкостях;
- балконные коллекторы для обеспечения автономности и снижения зависимости от централизованной отопительной сети;
- сезонное горячее водоснабжение дач, объектов курортной инфраструктуры, хозяйственных помещений, временных бытовок и других построек;
- концентрированные гелиосистемы способны обеспечить горячей водой и теплом многоквартирные дома, промышленные объекты, технологические процессы и получить пар для производства электроэнергии тепловыми мощными электростанциями.
Для этих и других потребностей используются гелиосистемы разного типа, конструкций и функционального назначения. Функционально их можно поделить на сезонные, которые предназначены для применения при плюсовой температуре на улице, и круглогодичные — они могут применяться вне зависимости от времени года и температуры.
Сезонные гелиосистемы: особенности и преимущества
Сезонные гелиосистемы (они же — термосифонные) предназначены для использования только летом и в сезон весна-осень. Конструктивно они представляют собой моноблочные устройства, состоящие из солнечного коллектора, зафиксированного на металлическом каркасе, и соединенного с ним резервуара с водой. Сезонность применения термосифонных гелиосистем обусловлена неизбежным замерзанием воды при снижении температуры воздуха ниже 0 °C, что делает невозможным использование ее зимой.
Замена воды антифризом не решит вопроса сезонности эксплуатации — все компоненты моноблочных систем находятся на улице и прямо подвержены воздействию температуры окружающей среды. А в коллекторах с косвенным нагревом даже при применении фреона, вода замерзнет во входящих-отходящих трубках или резервуаре-накопителе.
Сезонные устройства имеют следующие преимущества:
- они надежны, занимают мало места, просты в эксплуатации и легко устанавливаются;
- позволяют со временем увеличивать производительность;
- обеспечивают подогрев воды в стационарных больших и маленьких бассейнах;
- отлично подходят для обеспечения горячей водой домов отдыха, турбаз, санаторно-курортных объектов, гостиниц, пансионатов, дачных домиков и временных построек с душем на участке;
- позволяют в полном объеме удовлетворить потребности в горячем водоснабжении летом и сэкономить около 50% энергоносителей зимой.
Сезонные гелиосистемы бывают открытыми и закрытыми.
- Открытые солнечные коллекторы работают без давления. В таких системах вода заливается и вытекает естественно, под воздействием силы притяжения. В этом случае напор зависит от разности высот между краном и системой, поэтому их устанавливают, как правило, на крышах. Открытые сезонные устройства могут обеспечивать теплой водой независимо от наличия электричества и исправности насоса — они будут работать пока не опустеет накопительный бак. Правда, температура потока при этом может быть достаточно высокой.
- В закрытых солнечных коллекторах вода подается под давлением. В таких гелиосистемах применяется косвенный способ нагрева теплоносителя в резервуаре — она может нагреваться теплообменниками "труба в трубе" или в змеевике. Закрытые системы отличаются от открытых тем, что они могут быть установлены на любом хорошо освещенным месте и подключены непосредственно в централизованный водопровод.
Круглогодичные гелиосистемы: особенности, преимущества и недостатки
Круглогодичные системы применяют в любое время года. Их эффективность зависит не от температуры окружающей среды, а от интенсивности солнечного света. Всесезонные гелиосистемы состоят из следующего оборудования:
- солнечного коллектора, расположенного на хорошо освещенном участке;
- резервуара-накопителя с теплообменником, размещенного в доме;
- насоса для подачи нагретого теплоносителя из коллектора в теплообменник резервуара;
- компоненты системы безопасности — расширительный бачок для выравнивания давления теплоносителя и воздухоотводчик для отведения ненужного воздуха из трубопровода;
- контроллер с датчиками температур, управляющий исправной работой системы и оборудования.
Между коллектором и накопительным баком перемещается теплоноситель, который не замерзает, например, фреон. Круглогодичная гелиосистема зимой позволяет в большей мере обеспечить горячим водоснабжением и отоплением частный дом.
Типы солнечных коллекторов, применяемых в круглогодичных гелиосистемах:
- Плоские коллекторы состоят из абсорбера, покрытого черной краской для эффективного поглощения солнечного излучения, прозрачной крышки из закаленного стекла и термоизолирующего слоя в задней части панели. Прозрачная панель позволяет солнечному свету нагревать трубы и снижать потери тепла.
- Вакуумные трубчатые коллекторы работают аналогично плоским, за исключением того, что тепловые потери уменьшаются за счет создания вакуума между внешней и внутренней стеклянной трубкой, как в бытовых термосах. Это лучший выбор для стран с холодным климатом, поскольку именно вакуум позволяет сберечь около 95% тепла.
- Гибридные коллекторы с PVT фотоэлементами — совмещают функции плоского коллектора и солнечной фотоэлектрической батареи. Они способны вырабатывать электрическую и тепловую энергию одновременно. В отличие от коллекторов, фотоэлементы преобразуют солнечный свет в электричество. Установка гелиосистемы с PVT фотоэлементами требует значительно меньшей площади, что немаловажно при необходимости использования гелиосистем и фотоэлектрических панелей на одной крыше. На практике такое решение позволяет увеличить на 15% производство электроэнергии за счет охлаждения фотоэлементов теплоносителем. Однако тепловая эффективность гибридной системы несколько ниже, поскольку в ней не используется высокоселективное покрытие, улавливающее энергию солнца.
Увеличить производительность системы можно соединив несколько коллекторов последовательно.
Что экономнее: гелиосистема или солнечные батареи?
Обеспечить дом теплом и горячей водой можно разными способами. Солнечная энергия предоставляет эффективный, рациональный и экологически чистый способ обеспечить тепло с помощью различных солнечных технологий. Применение для этой цели как гелиосистемы, так и фотоэлектрической системы имеет свои преимущества и недостатки.
Фотоэлектрическая система состоит из солнечных панелей, инвертора для преобразования постоянного тока в переменный и монтажной конструкции. Некоторые виды солнечных электростанций (СЭС) комплектуются аккумуляторами для накопления и хранения энергии. К дополнительным компонентам станции относятся контроллер заряда, система мониторинга и другое оборудование, способствующее увеличению эффективности и долговечности фотоэлектрической системы.
СЭС прямо преобразует солнечный свет в электроэнергию, которая применяется для электроснабжения бытовых и промышленных потребителей, в том числе питания тепловых насосов, электрокотлов, конвекторов, инфракрасных обогревателей и других устройств. Для выбора мощности СЭС для обеспечения отопления дома, необходимо определить суммарное потребление электроэнергии в киловатт-час (кВт⋅ч) всеми электроприборами. Более точный расчет и выбор оптимального варианта выполняют инженеры компании-установщика.
Главными преимуществами гелиосистем и солнечных батарей является:
- использование возобновляемого, доступного источника энергии;
- снижение зависимости от коммунальных сетей тепло- и электроснабжения;
- экономия средств на потреблении горячей воды и электричества;
- обеспечение надежности снабжения своего дома коммунальными услугами;
повышение инвестиционной привлекательности частной и коммерческой недвижимости;
- повышение имиджа бизнеса благодаря использованию экологически чистых технологий и бережного отношения к природным ресурсам.
Основным преимуществом гелиосистемы является ее более высокая эффективность. Однако применение солнечных батарей для отопления по многим параметрам более экономный и рациональный вариант. В этом случае отсутствует система подачи теплоносителя в дом и нет необходимости интегрировать теплообменники.
Советы по эксплуатации
Особенности эксплуатации гелиосистем и фотоэлектрических систем зависят от типа, характеристик, комплектации, емкости/мощности оборудования, допустимых температур и технологии работы. Эти и другие нюансы описаны в технической документации и паспорте производителя.
Лучшим решением будет узнать все особенности эксплуатации, технические параметры и цену системы у инженеров компании-установщика еще на этапе планирования. Специалисты подберут наиболее рациональный, экономически выгодный и эффективный комплект для вашего конкретного случая по оптимальной цене. Профильные компании обеспечивают профессиональный монтаж и обслуживание фотоэлектрических и гелиосистем, обеспечивая тем самым их надежность, безопасность и долговечность.
