Слънчеви системи за производство на топла вода

Видове, основни фактори за дълготрайна и безаварийна работа

Технологиите за оползотворяване на слънчевата енергия за производство на топла вода са все по-ефективни, не са скъпи и са екологично чисти. С други думи, ако имате възможност и подходящо поле за действие, съберете семейния съвет и обсъдете възможността да впримчите Слънцето да работи и за вас. Какви са основните видове слънчеви колектори, изискванията при оразмеряването на системите и важните монтажни специфики разяснява Стоимен Яворов

За слънчевите системи

Количеството енергия, която Слънцето праща на Земята всеки час, е по-голямо от използваното от хората за цяла година. През последните години към функцията му да осигурява жизнено необходимата за живота на земята топлина и светлина все по-активно се включва и ролята му на “доставчик” на топла вода за бита. Технологично тази важна задача се реализира от така наречените соларни или слънчеви системи, които използват слънчевата енергия за загряване на водата. Изборът и правилната инсталация на системата директно се отразяват върху надеждността и продължителността на живота й, както - естествено! - и на ефективността й.

По принцип, слънчевите системи са два основни вида - едните, които са обект на тази статия, затоплят вода, другите преобразуват слънчевата енергия в електрическа. Вторите, наречени фотоелектрически системи, са по-сложни в технологично отношение и за тях ще пишем в следващ брой на Технологичен дом.

Слънчеви инсталации за топла вода

Соларните системи за затопляне на битова вода са изградени от няколко важни компонента, основните от които са слънчев колектор и изолиран резервоар за топла вода. Някои такива системи са снабдени с два резервоара - в първия водата се затопля от слънцето, след което преминава в другия, където е монтиран електрически нагревател, който я нагрява допълнително до желаната температура. Ако инсталацията е с един резервоар, може да има вграден допълнителен нагревател за тази цел.

Използват се основно три типа слънчеви колектори - плоски панели, колектори с вакуумни тръби и вакуумни колектори с термотръби.

Плоските панели

са най-често използваните към момента слънчеви колектори. Те са най-евтиният вариант за изграждане на слънчева система за производство на гореща вода. В рамка от алуминиев профил се поставя серпантина от медни тръби, върху тях е заварена абсорбционна пластина, която поглъща слънчевите лъчи. Пластината най-често е боядисана в черно, за да поглъща максимално количество от попадналата върху нея слънчева енергия. През последните години този елемент от конструкцията на панелите все по-често се покрива с кристали от титаниева сол, които увеличават топлообменната повърхност и съответно топлопоглъщането. В алуминиевата рамка най-отгоре се поставя стъкло, което все повече отстъпва място на поликарбонатна пластина с по-малък коефициент на отражение, т.е. позволяваща на колектора да погълне повече слънчева енергия. Следователно, ефективността на плоските колектори се увеличава. Плоските колектори се изолират с вата под серпантината. Ако търсите вариант за затопляне на водата в басейна, плоските модули са един от възможните варианти.

Колекторите с вакуумни тръби

имат по-сложна конструкция от плоските, по-ефективни са, но и по-скъпи. Изградени са от стъклени ампули, в които са монтирани коаксиални медни тръбички. В пространството между ампулите и тръбичките въздухът е изтеглен, заради което и се наричат вакуумни. Причината за това технологично решение е, че вакуумът е добър топлоизолатор, който не спира проникването на слънчевите лъчи. Обикновено към медните тръбички се заварява абсорбционна пластина, покрита с кристали от титаниева сол, подобни на тези при плоските панели. Отделните ампулите са свързани в общ колектор.

В общи линии си заслужава да дадете повече пари за тази по-съвременна и скъпа конструкция, защото загубите в колекторите й са много по-малки, а ефективността доста по-висока. Подходящи за използване в страни като нашата с четири годишни сезона. Като недостатък на колекторите с вакуумни тръби се определя задържането на сняг и скреж върху вакуум-тръбите, което намалява ефективността им при работа в подобни атмосферни условия.

Вакуумните колектори с термотръби

изграждат най-добрите в технологично отношение слънчеви системи за топла вода, но съответно са и най-скъпите. Работят дори при минусови температури навън, стига да е изпълнено условието да има слънчево греене. Конструктивно наподобяват колекторите с вакуумни тръби, но при тях в медните тръбички не циркулира вода, а друга течност, с ниска температура на изпарение - обикновено около 10 оC. Затова се счита, че тези колектори отнемат топлина от околната среда. Затова, ако повърхността на колектора се докосне дори и в топли дни, тя ще бъде студена.

В горната част на медните тръбички се монтира кондензатор. Слънчевата енергия, акумулирана в работния флуид, достига до кондензатора и се предава на водата в процеса на кондензация чрез топлообмен. Отделните стъклени ампули се монтират в кутии с много добра топлоизолация.

Подобренията в технологията на тези колектори им позволяват да работят ефективно и през зимата.

Най-елементарното и най-евтиното решение на слънчева система за топла вода е

термосифонната инсталация

Основното при тези системи е, че колекторът е свързан директно към бойлера, което означава, че в системата няма дълги тръби, помпа и свързваща арматура. Изискването да работят е бойлерът да се постави по-високо от колектора, за да може загрятата вода да се издига до него, следвайки природните закони, а студената да слиза към колектора. Ако решението е да се инсталира термосифонна система, трябва да се обърне специално внимание на състоянието на покрива и възможностите му да поеме тежестта на резервоара.

Термосифонните системи са два основни вида - директни и индиректни, в зависимост от това дали в колектора се затопля битовата вода или междинен топлоносител.

Ако планирате изграждане на слънчева система за

затопляне на вода в басейн

е добре да обърнете специално внимание на системите, разработени с тази цел. Независимо дали басейнът е вече изграден или строежът предстои, инсталацията им е лесна. По принцип слънчевите системи за производство на гореща вода са директни или отворени, т.е. слънцето загрява пряко водата в басейна, при преминаването й през колекторната група. Системите съдържат помпа, която изпомпва водата от басейна. Водата преминава през тръби и постъпва в слънчевия колектор, където се нагрява. Затоплената вода се връща в басейна. Основната разлика между тях и системите за производство на гореща вода е, че преследваният резултат е достигане и поддържане на температура от порядъка на 23 до 28 градуса по Целзий на големи водни обеми.

Обикновено, слънчевите колектори за басейни представляват панели от гумени тръби, в които циркулира водата. Гумата може да изиграе и добра допълнителна роля на настилка около басейна, ако решите да поставите системата там. Нерядко се използва и така нареченото тартаново покритие (това е “гумата”, по която бягат лекоатлетите), което също се поставя до басейна. Тези панели се характеризират с редица преимущества - сравнително евтини са, предлагат разнообразие от цветове и не изискват планиране на специално място за поставянето им. Във функцията на колектори за загряване на водата в басейни се използват и вече описаните плоски модули.

В зависимост от конфигурацията на двора, колекторите могат да се поставят на покрива на къщата или на земята, в близост до басейна.

Размерът има значение

Колекторното поле и структурата на соларната система зависят от конкретното й предназначение и спецификите на района, в който ще работи. Затова оразмеряването на слънчевата система се базира на комплекс от параметри, които следва да се вземат предвид.

Счита се, че преоразмеряването не е добър вариант. За съжаление, понякога цялата възможна монтажна площ на покрива се използва за слънчеви колектори. Инсталирането на допълнителен брой слънчеви колектори над изчислената оптимална площ не носи повече ефективност на системата. Невинаги се отчита възможността за засенчване на модулите, инсталирани по периферията на покрива. Работата на тези засенчени модули, дори сянката да се появява частично през деня, ще бъде неефективна.

Най-добрият вариант е да се определи точният размер на системата, така че да има максимална възвращаемост от инвестицията в нея и максимална нетната настояща стойност. Добре е преди окончателното решение за инвестиция в слънчева система да се определи нетната настояща стойност на алтернативни системи. Анализът би следвало да включва себестойността на всеки от елементите на системата, а не само на слънчевите колектори, проектните и инсталационните разходи, както и експлоатационните разходи и тези по поддръжката.

Фактори за оптимална работа

За да може инсталацията да работи ефективно и възможно най-дълго, е необходимо:

Слънчевите колектори да имат най-подходящата възможна ориентация и наклон. Като оптимална се счита ориентацията на юг, югоизток и югозапад. Наклонът, под който ще се монтират колекторите, зависи до голяма степен от местоположението на дома, но е също изключително важен фактор за ефективността на системата. Счита се, че най-ефективно за нашата страна е южното изложение под ъгъл 45 градуса спрямо хоризонталата. Тъй като перфектният ъгъл често е невъзможен, е добре да се има предвид, че всяко отклонение на колекторите от оптималния наклон “изяжда” от изходната им мощност и намалява енергийната ефективност на системата.

Системата трябва да бъде максимално опростена, според функциите, които са й възложени. Излишно усложняване на една слънчева система по принцип намалява надеждността й и изисква повече техническа поддръжка. Често, слънчевите системи разполагат с допълнителен енергиен източник, който подпомага процеса на производство на топлата вода в случаите, при които “силите” й не са достатъчни да се справи сама. Препоръчително е проектирането и инсталирането на оборудването да се правят от оторизиран доставчик, специализиран в областта на соларните системи.

В процеса на проектиране на слънчевата система следва да се направи подробен анализ на природните особености, включително температура през различните месеци, интензивност на слънчевото греене, продължителност на зимата и т.н. Добре е да се поинтересувате и бъдещите планове за развитие на района - изграждане на високи сгради в близост до вас, които биха могли да доведат до засенчване, разширяване на електроенергийната система, развитие на газификационната мрежа и др. Възможността покрива да поеме теглото на слънчевите модули също е сред факторите, които оказват влияние в процеса на проектиране на системата. Периодичната поддръжка също е важен фактор при избора. Никоя система не работи вечно без някаква грижа.