Головна » КАК РАССЧИТАТЬ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ?

КАК РАССЧИТАТЬ НЕОБХОДИМОЕ КОЛИЧЕСТВО СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ?

October

Солнечные коллекторы — это установки для сбора тепловой солнечной энергии. Их используют как альтернативу традиционному способу нагрева воды, отопления жилья и предприятий, обеспечения производственных процессов. Применение таких нагревателей значительно экономит коммунальные расходы.

Принцип работы солнечного коллектора какого-либо типа основан на использовании технологии преобразования тепловой энергии солнца. Солнце нагревает материал-поглотитель, например темную металлическую пластину, которая соприкасается с трубками. Циркулирующая по трубкам жидкость или воздух отбирает эту тепловую энергию путем охлаждения нагретой пластины.

Содержание статьи:

- - Типы коллекторов
  - Методика выбора и расчета гелиосистемы

Типы коллекторов

Солнечные коллекторы для отопления содержат воздух или жидкости, такие как антифриз из нетоксичного пропиленгликоля и воду, которые нагреваются солнцем. Воздухонагреватели нагревают воздух, циркулирующий в коллекторе. Нагретый воздух используется для обогрева отдельных комнат или подается в тепловой насос, который направляет теплый воздух через весь дом. Жидкостные нагреватели подключены к насосу для солнечного коллектора, который циркулирует нагретую жидкость и перемещает ее из коллектора по трубам в доме.

По режиму использования гелиотермальные системы бывают сезонные и круглогодичные. Сезонные делятся на работающие без давления и под давлением. Круглогодичные классифицируют по типу применяемого в системе коллектора:

Плоский солнечный коллектор. Состоит из темной металлической пластины, покрытой одним или двумя листами стекла (крышкой), которые нагреваются падающим на нее светом солнца. Затем эта энергия передается носителю, который проходит по медным трубкам через заднюю сторону пластины. Тепло может использоваться напрямую или передаваться через теплообменник на другой носитель для хранения. Стороны и дно корпуса покрывают изоляцией для снижения потерь тепла. В географических широтах, где зимой происходит замерзание воды, применяется антифриз.
Гелевый солнечный коллектор. По принципу работы и конструктивно это тот же плоский коллектор, покрытый слоем прозрачного аэрогеля — материала, изготовленного из соединений кремнезема. Благодаря невероятным теплоизоляционным свойствам коллектор зимой при 0 °С достигает и поддерживает температуру 220 °С. Эти системы можно применять для обогрева и климат-контроля помещений.
Солнечный вакуумный коллектор. В этом устройстве применяется ряд стеклянных вакуумных трубок. Вакуум между слоем стекла и поглотителем эффективно улавливает энергию солнца и сводит к минимуму тепловые потери. Внутренняя трубка-поглотитель соединена с тепловой трубой для переноса тепла к воде. В этой тепловой трубке жидкость находится под определенным давлением. С одной стороны трубы находится кипящая жидкость, а с другой образуется пар, что позволяет тепловой энергии эффективно перемещаться от одной стороны трубы к другой и нагревать воду.

Автоматика для солнечного коллектора обеспечивает управление как единичных коллекторов, так и сложных систем любой конфигурации. Контроллер защищает устройства от перегрева и замерзания, управляет работой насосов с сигналом ШИМ и предотвращает их застаивание — при длительном простое периодически включает насос на 1 мин. Контроллер оснащен дисплеем с датчиками температуры коллектора и бака-накопителя. В инновационных моделях есть возможность подключения дополнительного оборудования: циркуляционного насоса либо электрического нагревателя.

Методика выбора и расчета гелиосистемы

Чтобы выбрать солнечный коллектор для отопления или нагрева воды, вам нужно определить:

средние потребности в энергии / горячей воде;
текущее потребление энергии / горячей воды;
климат и интенсивность инсоляции в вашем регионе;
эффективность рассматриваемых устройств;
физический размер устройств, которые вы рассматриваете;
ориентация относительно сторон света;
угол наклона

Приведем упрощенный метод расчета гелиосистемы для горячего водоснабжения:

Фактическое количество воды, используемое каждый день, например:

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

Далее выбираем модель и мощность солнечного коллектора для нагрева воды и определяем его площадь с учетом обеспечения необходимого тепла по формулам:

Q = q × SΣ × η, где

q - среднемесячное значение инсоляции, выбирается по приведенной ниже таблице;

SΣ – суммарная площадь гелиоустройств, м2;

η - КПД.

Площадь, необходимая для размещения гелиополя:

SΣ = Q / (q × η)

Рассчитаем количество коллекторов:

n = SΣ / S1.

Это упрощенный подход для ориентировочной оценки возможности обеспечения своего дома горячей водой и стоимости оборудования. Для определения полной стоимости системы, к цене основного оборудования необходимо добавить ~30% на монтаж и дополнительные компоненты. Системы отопления рассчитываются аналогично, вы можете также воспользоваться соответствующими онлайн калькулятором. Для проектирования и точного расчета с учетом всех реальных условий, обращайтесь к специалистам профильных компаний, которые занимаются установкой и обслуживанием гелиосистем.

Таблица среднемесячного уровня инсоляции в городах Украины (кВт⋅ч /м2/день) по данным наблюдений НАСА последние 22 года

Города / Месяцы	янв.	фев.	март	апр.	май	июнь	июль	авг.	сент.	окт.	нояб	дек.	Сред
Винница	1,07	1,89	2,94	3,92	5,19	5,3	5,16	4,68	3,21	1,97	1,10	0,9	3,11
Днепропетровск	1,21	1,99	2,98	4,05	5,55	5,57	5,70	5,08	3,66	2,27	1,20	0,96	3,36
Донецк	1,21	1,99	2,94	4,04	5,48	5,55	5,66	5,09	3,67	2,24	1,23	0,96	3,34
Житомир	1,01	1,82	2,87	3,88	5,16	5,19	5,04	4,66	3,06	1,87	1,04	0,83	3,04
Запорожье	1,21	2,00	2,91	4,20	5,62	5,72	5,88	5,18	3,87	2,44	1,25	0,95	3,44
Ивано-Франковск	1,19	1,93	2,84	3,68	4,54	4,75	4,76	4,40	3,06	2,00	1,20	0,94	2,94
Киев	1,07	1,87	2,95	3,96	5,25	5,22	5,25	4,67	3,12	1,94	1,02	0,86	3,10
Кировоград	1,20	1,95	2,96	4,07	5,47	5,49	5,57	4,92	3,57	2,24	1,14	0,96	3,30
Луцк	1,02	1,77	2,83	3,91	5,05	5,08	4,94	4,55	3,01	1,83	1,05	0,79	2,99
Луганск	1,23	2,06	3,05	4,05	5,46	5,57	5,65	4,99	3,62	2,23	1,26	0,93	3,34
Львов	1,08	1,83	2,82	3,78	4,67	4,83	4,83	4,45	3,00	1,85	1,06	0,83	2,92
Николаев	1,25	2,10	3,07	4,38	5,65	5,85	6,03	5,34	3,93	2,52	1,36	1,04	3,55
Одесса	1,25	2,11	3,08	4,38	5,65	5,85	6,04	5,33	3,93	2,52	1,36	1,04	3,55
Полтава	1,18	1,96	3,05	4,00	5,40	5,44	5,51	4,87	3,42	2,11	1,15	0,91	3,25
Ровно	1,01	1,81	2,83	3,87	5,08	5,17	4,98	4,58	3,02	1,87	1,04	0,81	3,01
Сумы	1,13	1,93	3,05	3,98	5,27	5,32	5,38	4,67	3,19	1,98	1,10	0,86	3,16
Симферополь	1,27	2,06	3,05	4,30	5,44	5,84	6,20	5,34	4,07	2,67	1,55	1,07	3,58
Тернополь	1,09	1,86	2,85	3,85	4,84	5,00	4,93	4,51	3,08	1,91	1,09	0,85	2,99
Ужгород	1,13	1,91	3,01	4,03	5,01	5,31	5,25	4,82	3,33	2,02	1,19	0,88	3,16
Харьков	1,19	2,02	3,05	3,92	5,38	5,46	5,56	4,88	3,49	2,10	1,19	0,9	3,26
Херсон	1,30	2,13	3,08	4,36	5,68	5,76	6,00	5,29	4,00	2,57	1,36	1,04	3,55
Хмельницкий	1,09	1,86	2,87	3,85	5,08	5,21	5,04	4,58	3,14	1,98	1,10	0,87	3,06
Черкассы	1,15	1,91	2,94	3,99	5,44	5,46	5,54	4,87	3,40	2,13	1,09	0,91	3,24
Чернигов	0,99	1,80	2,92	3,96	5,17	5,19	5,12	4,54	3,00	1,86	0,98	0,75	3,03
Черновцы	1,19	1,93	2,84	3,68	4,54	4,75	4,76	4,40	3,06	2,00	1,20	0,94	2,94