Бумажная батарея – тип электрической батареи

Аккумуляторы. Термины и сведения.

Аккумуляторы. Термины и сведения.

Аккумулятор (от лат. accumulator — собиратель), устройство для накопления энергии с целью ее последующего использования. Электрический аккумулятор преобразует электрическую энергию в химическую и по мере надобности обеспечивает обратное преобразование; используют как автономный источник электроэнергии. Аккумулятор, как электрический прибор, характеризуется следующими параметрами: электрохимической системой, напряжением, электрической емкостью, внутренним сопротивлением, током саморазряда и сроком службы. А его состояние оценивается по совокупности значений трех его основных характеристик: реальной емкости, внутреннего сопротивления и тока саморазряда. При недооценке или игнорировании какого-либо из этих параметров или преувеличении важности одного из них (как правило, емкости) можно оказаться в ситуации “у разбитого корыта”.

Анализаторы аккумуляторов. В отличие от зарядного устройства анализатор аккумуляторов – это прибор, специально разработанный для проведения технического обслуживания различных типов аккумуляторов и обеспечивающий:

Внутреннее сопротивление аккумулятора, измеряемое в миллиомах (мОм, mOm), – это хранитель аккумулятора и в значительной степени определяет длительность его работы. При более низком внутреннем сопротивлении, аккумулятор может отдать в нагрузку больший пиковый ток, а значит и большую пиковую мощность. Высокое значение сопротивления делает аккумулятор ‘мягким’ и приводит к резкому уменьшению напряжения при резком увеличении тока нагрузки. Такой коллапс напряжения характеризует ‘слабость’ внешне хорошего аккумулятора, потому что запасенная энергия не может быть полностью выдана в нагрузку (вспомните закон Ома, примеч. переводчика). С другой стороны, ‘крепкий’ аккумулятор с низким внутренним сопротивлением отдает почти всю свою энергию в нагрузку. Внутреннее сопротивление аккумулятора зависит от емкости элемента и числа элементов в аккумуляторе, соединенных последовательно. Измеряется внутреннее сопротивление аккумуляторов на специальных приборах – анализаторах аккумуляторов, например, типа Cadex C7000. Примерные значения внутреннего сопротивления для аккумуляторов различных электрохимических систем для сотовых телефонов при напряжении аккумулятора 3.6 В приведены в таблице:

Восстановление NiCd и NiMH аккумуляторов – процесс с физической точки зрения обратный эффекту памяти – разукрупнение кристаллических образований до мелкодисперсной структуры путем контролируемого разряда небольшим током до напряжения 0.4 вольта на элемент по специальному алгоритму и на специальных приборах – анализаторах аккумуляторов, например, типа Cadex 7000.

імкость аккумулятора, номинальная – это количество электрической энергии, которой аккумулятор теоретически должен обладать в заряженном состоянии. Количество энергии определяется при разряде аккумулятора постоянным током в течение измеряемого промежутка времени до момента достижения заданного порогового напряжения. Измеряется в ампер-часах (А*час) или миллиампер-часах (mA*час). Ее значение указывается на этикетке аккумулятора или зашифровано в обозначении его типа. Практически эта величина колеблется от 80 до 110% от номинального значения и зависит от большого числа факторов: от фирмы-изготовителя, условий и срока хранения, от технологии ввода в эксплуатацию, технологии обслуживания в процессе эксплуатации, используемых зарядных устройств, условий и срока эксплуатации и т.д. Теоретически аккумулятор номинальной емкостью 600 мА*час может отдавать ток 600mA в течение одного часа, 60 мА в течение 10 часов, или 6mA в течение 100 часов. Практически же, при высоких значениях тока разряда номинальная емкость никогда не достигается, а при низких токах превышается. Для примера на рисунке приведены типовые характеристики разряда Li-ion и Li-polymer элементов при различных токах разряда.

Типовые характеристики разряда Li-ion и Li-polymer элементов

Номинальное значение емкости аккумулятора часто обозначается буквой “C”, поэтому здесь и далее часто встречаются ссылки, подобные следующим: С, 1/10 C или C/10. Когда говорят о разряде аккумулятора, равном 1/10 C, это означает разряд током, величина которого равна десятой части от величины номинальной емкости аккумулятора. Так например, для аккумулятора емкостью 600 мА*час это будет разряд током 600/10 = 60mA. Подобно вышесказанному о разряде аккумуляторов, при заряде значение 1/10 C означает заряд током, равным десятой части заявленной емкости аккумулятора.

Зарядные устройства можно классифицировать по типу заряжаемых аккумуляторов, по методу заряда и по конструктивному исполнению. В соответствии с тремя основными методами заряда существует и три основных типа зарядных устройств:

Качество исполнения. А известно ли вам, что производители подразделяют элементы, которые устанавливаются внутри аккумулятора на три класса по качеству? Никто не пишет об этом и вы никогда не найдете упоминание классе используемых в аккумуляторе элементов на этикетке. Восполним этот пробел и поясним чем элементы класса А отличаются от элементов класса В и С. Впрочем, тут надо отметить, что у разных производителей границы различий элементов между классами могут отличаться в ту или иную сторону. Качественные и количественные характеристики приведены в таблице.

В чем разница между бумажной и обычной батареей?

Что такое бумажная батарея? Это простое, гибкое и легкое электронное устройство, выполняющее функции как конденсатора, так и аккумулятора.

  1. Как сконструирована бумажная батарея?
  2. Как работает бумажная батарея?
  3. Чем бумажные батареи лучше обычных?
  4. Где можно использовать бумажные батареи?
  5. Недостатки бумажных батареи

Как сконструирована бумажная батарея?

Как правило, в процессе ее изготовления задействованы три метода.

Первый метод включает электролиз диоксида цинка и марганца. Батареи печатаются на бумаге на печатном станке. Бумага смешивается с углеродными нанотрубками, которые используются в качестве электродов и затем погружается в раствор ионной жидкости, которая действует как электролит.

Читайте также:
«Солнечная» черепица – «зеленая» технология для кровельных материалов

Второй способ несколько сложен, так как предполагает создание нанотрубок на кремниевом основании. Зазоры в матрице заполняются целлюлозой, и как только матрица высыхает, происходит отслаивание целлюлозы и нанотрубок. Так создаются листы бумаги, состоящие из углеродных нанотрубок. Затем два таких листа объединяются вместе, образуя мегаконденсатор с электролитом, который является ионным по своей природе — точно так же, как человеческая кровь, моча или пот.

Третий способ достаточно прост и может быть выполнен в обычной лаборатории. Он представляет собой прямоугольный лист бумаги, пропитанный ионным раствором. Затем на этот лист наносится специально созданные чернила из углеродных нанотрубок. На другой стороне бумаги закрепляется тонкий слой лития. Наконец, алюминиевые стержни соединяются для передачи тока между двумя электродами.

Как работает бумажная батарея?

Работа как бумажных, так и обычных батарей весьма схожа, поскольку обе они вырабатывают почти 1,5 Вольт. В обычных батареях находятся положительно заряженные частицы, называемые катионами, и отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. Они перемещаются между положительно заряженным электродом, называемым катодом, и отрицательно заряженным электродом — анодом. Ток генерируется по мере перемещения электронов от анода к катоду внутри проводника. Электролит здесь действует как изолятор, так как он не обеспечивает свободного движения для электронов.
В бумажных батареях углеродные нанотрубки действуют как катод, металл — как анод, а бумага — как сепаратор. Химическая реакция между металлом и электролитом приводит к образованию ионов. С другой стороны, реакция между углеродом и электролитом приводит к образованию электронов. Эти электроны проходят от катода к аноду через внешнюю цепь.

Чем бумажные батареи лучше обычных?

  • Бумажные батареи имеют длительный срок службы по сравнению с традиционными аналогами. Обычные батареи разряжаются и нуждаются в частой замене.
  • Они нетоксичны, так как не вызывают никаких вредных химических реакций. Обычные батареи являются токсичными, и даже после утилизации излучают вредные свойства.
  • Бумажные батареи гибкие и могут легко складываться или разрезаться. Это связано с тем , что они изготовлены из таких материалов, как целлюлоза и углеродные нанотрубки, которые имеют высокую прочность на растяжение. Обычные батареи совсем не гибкие, и если их попытаться, например, разрезать, то это отрицательно скажется на их эффективности и может привести к их полному повреждению. К тому же это очень опасно для здоровья и жизни.
  • Одним из важных моментов здесь является то, что они одноразовые, поскольку состоят из целлюлозы, которая поддается биологическому разложению и нетоксична. Обычные батареи представляют собой ряд угроз при утилизации, поскольку являются высокотоксичными.
  • Они могут использоваться в экстремальных погодных условиях, таких как жара и холод. Это связано с тем, что электролит не содержит воды, и позволяет работать бумажной батарее в диапазоне от -73 до 143 градусов Цельсия.
  • Углеродные нанотрубки, которые выступают в качестве катода в бумажных батареях, являются одними из самых высокоэффективных проводников электроэнергии.

Где можно использовать бумажные батареи?

Бумажные батареи могут быть полезными там, где размер и мобильность являются главными проблемами. Многие современные гаджеты, такие как смарт-браслеты, цифровые часы, смарт-очки и т.д., нуждаются в бумажных батареях из-за своего небольшого размера.
Бумажные батареи также могут использоваться для устройств с низким энергопотреблением, таких как калькуляторы, наручные часы и т.д. Это еще не конец, бумажные батареи могут найти свое применение в беспроводных устройствах связи — компьютерная мышь, Bluetooth наушники, клавиатуры и т.д.

Недостатки бумажных батареи

  • Они имеют низкую прочность, потому что их основой является целлюлоза. Таким образом, их можно легко разорвать.
  • Их производство довольно дорогое.

Бумажные батареи весьма эффективны и находят множество применений и намного лучше, чем их обычные аналоги.

Устройство, виды и обозначения батареек

Содержание

  1. Что собой представляет батарейка?
  2. Виды батареек
  3. Классификация батареек
  4. Обозначение батареек
  5. По каким параметрам выбирать батарейки
  6. Где используются разные виды батареек

Как вы выбираете батарейки, например, для пульта? Чаще всего это происходит следующим образом – приходите в магазин и приобретаете любые, например, пальчиковые. Не обратив внимания на год изготовления, вы вставляете их в пульт, и он исправно «трудится» несколько недель. А потом пульт отказывается работать. Почему? Все просто – соляные батарейки теряют до 40% своей емкости в конце рабочего периода. Не учтя дату производства, вполне можно натолкнуться на просроченный элемент питания.

Как же разобраться в маркировке батареек, нюансах их выбора и устройстве? Все эти вопросы мы рассмотрим далее.

Что собой представляет батарейка?

Это компактный, независимый от электросети источник питания гальванического типа. Суть работы довольно проста: две детали из разных металлов (анод изготовлен из цинка, а катод – из меди) погружаются в жидкость – электролит. В результате протекания реакций между этими частями образуется разница потенциалов – напряжение.

Виды батареек

Все различие – в материалах, которые используются при изготовлении основных частей каждого элемента питания: катода, анода и электролита. Именно от них зависит срок службы гальванических элементов, а также их емкость. Рассмотрим подробнее, какие типы батареек существуют.

Солевые

У них электроды выполняются из оксида марганца и цинка. Кроме того, каждый из этих элементов находится в своем электролите – в обоих случаях это хлорид аммония. Контактируют катод и анод с помощью моста, который их соединяет. Чаще всего солевые питательные элементы используются в пультах, часах, игрушках для детей и др.

Читайте также:
Подключение газа к частному дому: правила, льготы, стоимость

Преимущества соляных батареек: самая низкая стоимость среди всех элементов.

Недостатки: резкое падение напряжения во время разряжения элемента; снижение емкости на 40% в конце допустимого срока хранения, а также при нахождении на морозе.

Щелочные

Другое название – алкалиновые – от слова «alkaline». Главное конструктивное отличие от солевых – в типе применяемого электролита. В этом качестве выступает гидроксид калия. А электроды выполняются из цинка и двуокиси марганца. На сегодняшний день щелочные батарейки применяются чаще любых других гальванических элементов. Они устанавливаются в мобильные телефоны, планшеты и другое портативное оборудование.

Преимущества щелочных батареек: повышенная емкость, а значит, долгий рабочий период; невосприимчивость к перепаду температуры и ее минусовым значениям; прочный корпус, а значит, они не протекут и не испортят другие детали в устройстве; срок службы составляет до 5 лет; малый саморазряд – не более 10% к первому году.

Недостатки: саморазряд все-таки присутствует; цена намного выше по сравнению с солевыми; большая масса (в среднем превышает вес солевых на 20 – 25%).

Ртутные

Анод у элементов выполняется из цинка, а катод – из оксида ртути. Разделение этих двух электродов осуществляется с помощью диафрагмы, напитанной раствором электролита, и специального сепаратора. В роли электролита берется щелочной раствор с концентрацией 40%.

Полезно знать! Ртутные батарейки обладают свойством аккумулятора, то есть их можно подзаряжать после разрядки. Однако с увеличением числа циклов заряда–разряда емкость устройства уменьшается. Происходит из-за того, что ртуть слипается в шарики и стекает. Чтобы избежать такого явления, специалисты рекомендуют добавлять гидроксид магния в анод и порошок серебра (до 9%) – в катод.

Преимущества: главные отличия ртутных батареек от алкалиновых заключаются в более стабильном напряжении и повышенной емкости.

Недостатки: к минусам можно отнести токсичность устройств, особенно при нарушении целостности оболочки и вытекании ртути. Кроме того, их стоимость на порядок превышает цену алкалиновых. И утилизация этого вида питательных элементов затруднена.

Серебряные

У этого вида элементов материал анода – это цинк, а катода – оксид серебра. Электролитом же является щелочь, то есть гидроксид натрия или калия.

Преимущества: по многим характеристикам серебряные батарейки очень похожи на ртутные, а именно: стабильным напряжением, длительным периодом хранения, долгим сроком службы (на 40% больше, чем у литиевых устройств), а также повышенной энергетической плотностью. Однако главное отличие серебряных от ртутных заключается в большей емкости элемента на единицу веса и полным отсутствием токсичности.

Недостатки: стоимость серебряных элементов высока.

Литиевые

Имеют следующую конструкцию: катод выполнен из лития, анод – из разных материалов (оксида меди, йода, диоксида серы и т.д.). Органический электролит напитывается в диафрагму и сепаратор, функция которых заключается в разделении катода и анода.

Преимущества: отсутствие зависимости емкости от значения тока нагрузки. Это означает, что при очень больших нагрузках по току литиевые элементы продолжат функционировать существенно дольше, нежели их щелочные аналоги. Кроме того, период их хранения очень велик и составляет порядка 11 – 12 лет.

Недостатки: высокая цена.

Классификация батареек

Различаются элементы питания по нескольким главным параметрам, среди которых можно выделить форму, размеры, тип и т.д. Широко распространена система классификации США – латинскими буквами.

Название по системе США Обозначение по ГОСТ
А (А23)
АА Элемент 316
ААА Элемент 286
АААА
С Элемент 343
D Элемент 373
Элемент 3336
PP3

Обозначение батареек

Кроме типа элемента, на его корпусе имеются еще некоторые символы, которые несут полезную информацию. Обозначаются батарейки также согласно IEC – стандартам международной электрической комиссии.

К примеру, солевые обозначаются буквой «R». Цифра, которая идет вслед за буквой, характеризует размер элемента. Так, батарейка R6 – это пальчиковый элемент, а R03 – мизинчиковый. Буква «L», которая идет перед «R», говорит о том, что этот элемент щелочного типа. А маркировка 3LR14 свидетельствует, что перед вами – алкалиновая плоская. Буква «С» ставится перед «R», если нужно пояснить, что элемент – литиевый.

Обозначение по IEC Тип элемента
R Солевые
LR Щелочные
SR Серебряные
CR Литиевые
PR Воздушно-цинковые

На примере нескольких типов элементов разберем обозначения, которые имеют батарейки по американской и международной системам.

Обозначение по американской системе Обозначение по международной классификации (IEC)
Для наглядности взят солевой элемент
Обозначение по международной классификации (IEC)
Для наглядности взят алкалиновый элемент
А (А23) R23 LR23
АА R03 LR03
ААА R6 LR6
АААА R40 LR40
С R14 LR14
D R20 LR20
3R12 3LR12
PP3 6P22 6LP22

По каким параметрам выбирать батарейки

Напряжение – значение разницы потенсиалов, которое элемент того или иного вида может обеспечить во время своей работы. Этот параметр напрямую зависит от вида самого питательного элемента. К примеру, солевые пальчиковые могут выдавать 1,2 и 1,5 В, щелочные – 1,5 В. Литиевые же рассчитаны на 3 В, однако встречаются модели и на 1,5 В. Квадратные или элементы 3336 рассчитаны на 4,5 В, а батарейки крона – на 9 В.

Читайте также:
Гелиоколлектор: разновидности, как сделать своими руками

Емкость – одна из важнейших характеристик любого элемента. Проще говоря, это количество электроэнергии, которое находится в батарейке. Именно от емкости устройства зависит и длительность ее работы. Рассмотрим, как рассчитать теоретический период работы на наглядном примере.

У нас есть батарейка емкостью 1,2 А*ч. Ее планируется вставить в прибор с током 200 мА, то есть 0,2 А. В таком случае теоретический срок ее службы составляет 1,2 / 0,2 = 6 ч.

Следует помнить! Рассчитанный срок «жизни» батарейки не всегда соответствует реальному на 100%, так как на него влияют внешние причины, такие как: температура воздуха в помещении, реальный уровень заряда, интенсивность эксплуатации элемента и т.д.

Саморазряд – это процесс потери энергии батарейкой, который протекает со временем, постепенно. Происходит он из-за необратимых химических реакций, протекающих в элементе. Причем саморазряд больше, когда устройство не эксплуатируется – тогда он может достигать до 30% в год от общей емкости элемента (конкретная цифра зависит от типа химической системы, которая используется в батарейке). Кроме того, особенно негативно на разряд элементов влияют резкие перепады температур, а также эксплуатация на морозе.

Где используются разные виды батареек

Не всегда батарейка может подойти для питания нужного вам устройства. Чтобы избежать траты денег на приобретение лишних элементов, разберем сферу применения каждого вида.

Значение емкости солевых батареек мало – всего около 700 – 850 мА*ч, что делает их подходящими для устройств с малым потреблением энергии – для пульта ДУ, весов, часов и т. п. Солевые не годятся для работы в мощных приборах, таких как профессиональные фотоаппараты, не подходят для оборудования с электромоторами – например, некоторых игрушек для детей. Они мало подходят, например, для фонариков, плееров – всех приборов с высокой нагрузкой.

Что будет, если такую батарейку вставить, например, в фотоаппарат? Вы сможете сделать около 2 – 3 снимков – далее элемент питания просто закончится. В фонарике она проработает всего 15 – 20 минут.

Щелочные батарейки имеют емкость примерно 1500 – 3200 мА*ч, поэтому их можно использовать в оборудовании повышенного потребления энергии: фотоаппараты, плееры, телефоны и «мыши» от компьютера.

Существуют также алкалиновые батарейки с маркировкой «фото». Как понятно из названия, они предназначены для фотоаппаратов. Их конструкция продумана специально для того, чтобы максимально быстро передавать энергию устройству – это положительно сказывается на качестве полученных фотографий.

Если же вставить щелочной элемент питания в часы или пульт, то они проработают около 2 – 3 лет.

Ртутные батарейки ранее (около 25 лет назад) использовались весьма широко – в медицинской технике, например, в кардиостимуляторах, и военном оборудовании. На сегодняшний день их производят намного реже из-за их вреда для человеческого организма и сложной утилизации.

Батарейки из серебра ввиду своей высокой цены не использовались повсеместно в отличие от других видов элементов питания. Они незаменимы в устройствах, где требуются маленькие порции серебра: в компьютерных платах в вычислительном оборудовании, в дорогих наручных часах, маленьких калькуляторах и пр.

Литиевые батарейки из-за длительного срока работы применяются в мощной технике, которая потребляет большое количество электроэнергии. Именно поэтому такие элементы питания предпочтительны в медицинском, компьютерном оборудовании, а также в военной и авиационной отрасли.

После ознакомления с самой важной информацией по маркировке и устройству батареек вы без проблем сможете выбрать и купить батарейку как для своего фотоаппарата, так и для часов в квартиру. Если вы сомневаетесь с подходящей моделью, то позвоните по телефону, указанному на сайте. Менеджер сделает индивидуальный подбор товара и оформит заказ.

Солнечные коллекторы: характеристики и обзор моделей

Солнечный коллектор для отопления дома был изобретен сравнительно недавно. Как и любая новая технология, стоимость его довольно высока, однако эта разновидность климатической техники способна помочь значительно сэкономить ресурсы.

Подобные конструкции также имеют второе название – гелиосистемы. Ежегодно данное оборудование способно произвести порядка 600-800 киловатт тепловой энергии всего на один квадратный метр площади устройства. Получается, что в холодное время года подобное устройство способно взять на себя отопительные функции приблизительно трети жилого дома.

Принцип функционирования солнечного коллектора по своим основам очень похож на водонагреватель. В нем накапливается энергия, содержащаяся в солнечном свете, она направляется на специальный нагревательный элемент, который представляет собой панель в несколько квадратных метров.

По большому счету, такой элемент является самой обыкновенной солнечной батареей, солнечные лучи, попавшие на него, передают свою энергию так называемому теплообменнику. В нем содержится теплоноситель, например, воздух, вода или антифриз. Он под действием поступившего количества теплоты разогревается и направляется в отопительную систему, где начинает циркулировать по квартире или дому. Солнечные коллекторы позволяют хорошо сэкономить на расходах, связанных с отоплением.

Принцип работы солнечного коллектора

Чтобы конструкция функционировала наиболее эффективно, разработчики смогли совместить электричество и энергию солнечных лучей. Дело в том, что в зимний период солнце можно найти на небосклоне далеко не всегда. Из-за этого выходит, что данный обогревательный прибор не сможет функционировать в полной мере. Благодаря подключению к электрической сети осуществляется принудительная циркуляция теплообменника по системе, что делает затраты минимальными. Стоит отметить, что подобное устройство устанавливать рационально только в домах с большой площадью.

Читайте также:
Лопасти для ветрогенератора: изготовление своими руками

Некоторые специалисты утверждают, что гелиосистема окупается довольно долго, однако эта точка зрения ошибочна. Если сложить все средства, вложенные в данное оборудование и техническое обслуживание, то они вернутся приблизительно в течение трех-пяти лет. Чем регулярней его будут использовать, тем быстрее он окупится. Более того, необходимо принимать во внимание, что расходы на отопление с каждым годом становятся все больше и больше из-за постоянного роста тарифов.

Виды солнечных коллекторов

Существует своя классификация данных устройств, которая базируется на их конструкции:

  • Плоский;
  • Воздушный;
  • Вакуумный.

Плоская конструкция внешне похожа на ящик, выполненный из алюминия, внутри которого находятся трубки из медных материалов. На дне ящика находится довольно толстый теплоизоляционный слой. Сверху изделие закрыто специальными материалами, например, закаленным стеклом или пропиленегликолем. Именно данная поверхность и будет поглощать в себя тепло солнечных лучей. Среди всех видом изделий эта конструкция является наиболее прочной и долговечной, поэтому она рекомендована для установки в регионах, где регулярно выпадает дождь или снег.

Однако у плоского коллектора имеется один довольно существенный недостаток: если он выходит из строя, то это будет касаться всей отопительной системы. Ремонту, как правило, не подлежит, его придется сразу менять и устанавливать новый. Его можно применять не только для обогрева, но и для горячего водоснабжения, однако его производственной мощности хватит лишь для того, чтобы прогреть температуру всего на 20-30 градусов выше по сравнению с температурой окружающей среды. Данная модель является самой дешевой среди всех других видов.

Конструкция воздушного коллектора функционирует по принципу парникового эффекта. Солнечные лучи, притянутые рабочей поверхностью, будут полностью поглощаться. Эта тепловая энергия прогревает массу воздуха, которая находится внутри конструкции. В ней может быть предусмотрен специальный вентилятор, передающий горячий воздух дальше в жилые помещения, однако имеются устройства, обеспечивающие естественную циркуляцию. Данный коллектор представляет собой прочную, надежную и очень долговечную конструкцию, которая практически не будет нуждаться в проведении ремонтных работ. Их недостаток заключается в том, что диапазон прогрева воздуха не слишком большой.

Вакуумный коллектор состоит из системы медных трубок, размещенных в стеклянном сосуде довольно большого объема. Между стенками воздуха нет, он полностью откачан. Вакуум в данном случае выполняет функцию теплоизолятора и одновременно проводника.

Все элементы располагаются в ряд, что позволяет поглотить как можно большее количество солнечной энергии. В зависимости от того, какой протяженности будут трубки, можно будет рассчитать, сколько тепла они станут давать. Для не слишком большого дома вполне подойдут трубки, длина которых не будет превышать два метра с внутренним диаметром 6 см. Стекло, используемое в данной конструкции, отличается хрупкостью, поэтому такие осадки, как град, а также упавшие ветки и прочие физические воздействия могут привести к тому, что она выйдет из строя.

Ремонтные работы в этом случае связаны с необходимостью замены трубки, которая вышла из строя, что является несомненным плюсом, так как нужды в полной замене системы не будет. В зимний период эффективность от использования такого солнечного коллектора значительно выше по сравнению с плоскими устройствами. Это связано с его возможностью лучше прогревать воду и сохранять тепло в течение долгого времени. Коллекторы вакуумного типа, используемые для прогрева дома, обычно имеют только самые положительные отзывы со стороны потребителей, так как можно приобрести изделия различных размеров, поэтому они подойдут даже для достаточно больших домов. Это позволяет хорошо сэкономить на отоплении, не снижая при этом показатели коэффициента полезного действия.

Стоит отметить, что коллекторы могут быть сезонного использования и круглогодичного применения. Первая разновидность может функционировать только в том случае, если температура окружающей среды не ниже ноля градусов. Круглогодичные являются универсальными конструкциями, однако их стоимость будет значительно выше.

Осуществляя выбор солнечного коллектора, следует учитывать не только собственные финансовые возможности, но и ряд других параметров:

  • Требуемая мощность;
  • Площадь крыши, так как коллектор устанавливается обычно именно там.

Положительные и отрицательные качества коллекторов

Как и любое другое устройство, коллектор обладает сильными и слабыми моментами. Это также следует принимать во внимание, так как благодаря им удастся определить – имеется ли необходимость монтировать гелиосистему или же выгоднее будет обойтись без нее.

Главным положительным моментом данного устройства является их полная экологичность, так как они не способны нанести вред окружающей среде. Для нагрева теплоносителя не применяются процессы горения, во время эксплуатации нет никаких отработанных материалов, соответственно, в атмосферу не выделяется никаких вредных веществ. Такие системы идеально подойдут для людей, которые больны заболеваниями органов дыхания.

Несмотря на то, что стоит солнечный коллектор для отопления довольно-таки дорого, он представляет собой весьма экономичную конструкцию. Начать экономить можно уже на монтаже, если заниматься этим самостоятельно, но большинство специалистов советуют обратиться за помощью к профессионалам. В течение пяти лет коллектор в полном объеме возвращают свою стоимость и начинают работать на то, чтобы сохранить средства и ресурсы.

Читайте также:
Реально ли собрать вакуумный солнечный коллектор своими руками?

Если сравнивать такую систему отопления с твердотопливным или газовым котлом, то применение котлов значительно дороже, так как год от года горючее продолжает становиться все дороже и дороже, а за солнечную энергию платить вовсе не придется. В летний период, когда солнце постоянно на небосводе, эффективность солнечных коллекторов значительно превышает пользу от котла.

Гелиосистемы поглощают тепло даже в случае, если в окружающей среде минимально освещение. Если конструкция будет собрана правильно, то даже в пасмурную погоду она станет давать нужное количество тепла.

Коллекторы представляют собой конструкции, совершенно не зависимые от подачи электрической или иной энергии. В некоторых регионах нашей страны солнце зачастую светит полгода, поэтому здесь можно и вовсе отказаться от использования исчерпаемых ресурсов типа газа или электроэнергии для отопления строения. Даже в случае, если наблюдаются периодические проблемы с подачей энергии, конструкция будет продолжать производить достаточное количество теплоты.

Гарантия на гелиосистемы составляет порядка 15 лет, однако здесь имеется ряд определенных нюансов: воздействие атмосферных осадков не является гарантийным случаем, поэтому следует тщательно продумать, как защитить коллектор от подобных поломок.

Главным отрицательным моментом гелиосистем является их стоимость. Одни из наиболее дорогих конструкций могут обойтись примерно в 10 тысяч долларов без установки и обслуживания. Производители говорят, что для установки такой конструкции не нужно получать никаких разрешений: в частности, для монтажа в индивидуальном жилом доме, действительно не придется оформлять никаких документов. Для установки на крыше многоквартирного дома нужно будет получить соответствующую бумагу от жилищного управления.

Вследствие того, что в большинстве регионов нашей страны довольно холодно и пасмурно, такие изделия на сегодняшний день не отличаются популярностью. Однако за пределами нашей страны, где люди гораздо больше заботятся о сохранности окружающей среды, их можно встретить значительно чаще.

На что обращать внимание при покупке коллектора?

Все гелиосистемы промышленного производства генерируют тепловую энергию, которая выражается в киловаттах. На этот показатель обязательно следует смотреть, так как существует вероятность приобрести либо слабую, либо чересчур мощную конструкцию. Очень важно проверить, насколько хорошо коллектор сохраняет полученное от солнечных лучей тепло, так как этот фактор будет играть одну из ключевых ролей, если его планируется устанавливать в холодных регионах.

При установке коллектор помещается в специальный каркас, который имеет определенную массу. Следует выяснить, насколько сильная конструкция крыши – может ли она выдержать массу данного оборудования. Если обрешетка слабая, то ее нужно будет предварительно усилить. В некоторых случаях коллектор размещают в вертикальной плоскости, что позволяет не допустить лишнего воздействия атмосферных осадков, но из-за этого несколько снизится коэффициент полезного действия оборудования.

Обзор лучших моделей

Среди плоских конструкций наилучшей считается FPC-2200. У этого устройства активная площадь составляет 2,1 квадратных метра. Коэффициент полезного действия, если правильно установить изделие, будет достигать 94%. С его помощью можно достичь температуры теплоносителя в 135 градусов, наибольшее давление в системе будет составлять 1МПа. Без каркаса устанавливать запрещено. Стоит порядка 30 тысяч рублем.

Лучшим воздушным коллектором считает SOLARVENTI SV3, он способен работать полностью в автономном режиме. Предназначен не только для жилых помещений, но и для складов, разного рода иных технических помещений. Максимальная площадь, которую он может обогревать составляет всего лишь 25 квадратных метров. Изделие отличается компактными габаритами, масса составляет около 6 см, его разрешается устанавливать как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Стоит достаточно дорого – 40 тысяч рублей.

На сегодняшний день вакуумные модели на российском рынке не представлены. Такой коллектор будет хорошим дополнением к стандартной отопительной системе дома или квартиры.

Солнечные коллекторы для отопления — виды и преимущественные характеристики

В европейских странах уже давно для отопления применяют гелиосистемы, что позволяет экономить на обогреве жилого сектора. Проблемы с энергосбережением становятся все острее, поэтому многие наши соотечественники тоже задумываются о солнечном коллекторе для отопления как об альтернативном источнике тепла. На сегодняшний день это самый чистый и экологически выгодный биоресурс.

Гелиосистемой называют установку, преобразующую солнечное тепло в любой вид энергии. Сегодня все чаще можно увидеть и большие солнечные электростанции, и специальные солнечные коллекторы для отопления, поглощающие солнечную энергию и преобразующие ее в тепло.

  1. Устройство и принцип работы
  2. Виды коллекторов
  3. Плоские установки
  4. Вакуумные приборы
  5. Достоинства и недостатки вакуумных коллекторов
  6. Коллекторно-концентратные приборы
  7. Воздушно-солнечный коллектор
  8. Обобщение по теме

Устройство и принцип работы

Еще каких-нибудь 50 лет назад у каждого на крыше загородного дома стоял большой бак, в который летом заливалась вода. За день она хорошо прогревалась, поэтому вечером можно было принимать теплый душ. Подобная система и стала прототипом солнечного коллектора.

Принцип действия остался тем же, преобразилась только установка. Она подверглась модернизации и полному техническому переоснащению. Ученые предложили модель, позволяющую пользоваться солнечной энергией для обогрева воды круглый год. Летом при помощи установки можно полностью перейти на нагрев воды для нужд дома, а в остальные дни, отапливая помещение, снизить затраты энергии ровно наполовину.

Читайте также:
Биогаз из навоза: технология производства, переработка

Отопление солнечными коллекторами работает и в пасмурную погоду. Ведь система способна поглощать энергию солнца даже через облака. А автоматическое управление позволяет при необходимости переключаться на другие источники энергии, когда это необходимо.

В отличие от солнечных батарей, коллекторы не производят электричество. Они лишь нагревают теплоноситель, поэтому применяются для горячего водоснабжения и отопления жилого помещения.

Виды коллекторов

Существует несколько модификаций солнечных коллекторов. Они бывают:

  1. Плоскими.
  2. Вакуумными.
  3. Коллекторно-концентратными.
  4. Воздушными.

Отличаются они друг от друга устройством и принципом действия.

Плоские установки

Плоские модели представляют собой панели, поглощающие солнечное тепло. Они имеют прозрачное покрытие из закаленного стекла или рифленого поликарбоната. Задняя его часть покрыта специальным теплоизоляционным материалом. Панель связана с теплопроводящей системой трубками из сшитого полиэтилена.

Увеличить КПД установки помогают специальные оптические покрытия. Они обеспечивают полную передачу инфракрасного излучения теплоносителю, который благодаря инновационным разработкам может прогреваться до 200 градусов по Цельсию.

Есть у плоских коллекторов и достоинства, и недостатки. Плюсы их в том, что:

  • Во-первых, конструкция устроена таким образом, что сама может очищаться от снега. Поэтому в зимнее время не придется каждый раз лазить на крышу, чтобы извлечь ее из-под сугроба.
  • Во-вторых, летом установка демонстрирует высокую производительность.
  • В-третьих, плоский коллектор можно устанавливать под любым углом. Он имеет наименьшую изначальную стоимость и показывает хорошее соотношение цены и качества. Но специалисты рекомендуют ставить плоские коллекторы только в южных широтах с преимущественно теплым климатом.

К недостаткам устройства можно отнести следующее обстоятельство. Конструкция плоских коллекторов не может предотвратить большие теплопотери, поэтому в холодное время года она демонстрирует низкую работоспособность.

Обратите внимание! Устанавливать плоский коллектор на крышу можно только в собранном виде, а это заметно усложняет процесс монтажа. Эффективно эксплуатировать установку также мешает высокая парусность.

Производителям удалось создать гелиосистемы, лишенные практически всех этих недостатков. Это вакуумные коллекторы.

Вакуумные приборы

Вакуумные солнечные коллекторы работают по такому же принципу, как и панельные. Однако они еще больше прогревают теплоноситель, доводя его до температуры 300 градусов. В данном случае тепловые потери практически отсутствуют. Вакуумным коллектор называют потому, что стеклянное покрытие из нескольких слоев создает внутри системы вакуум.

Конструкция похожа на привычный для нас термос. С одной лишь разницей. Вместо светонепроницаемой колбы у отдельных элементов коллектора поверхность прозрачная, что позволяет забирать солнечное тепло. А на внутреннюю секцию нанесено специальное покрытие, увеличивающее поглощающие способности. Вакуум создается между двумя слоями трубки, внутри которой находится медный тепловой стержень. Именно он сохраняет до 96% забранного у солнца тепла.

Вакуумная установка эффективно работает даже при максимально низких температурах. Тепловая трубка не требует дополнительного заполнения. Внутри каждой находится жидкость, которая после нагрева превращается в газ и перемещается в конденсатор, где и нагревается теплоноситель. Вода поглощает тепловую энергию, температура снижается, и газ снова превращается в воду. По наклонным трубкам она спускается вниз на дно тепловой трубы, и весь процесс возобновляется. Так что передача солнечного тепла продолжается непрерывно.

Так как жидкость постоянно находится за стенками, защищенными вакуумом, она не замерзает даже при температуре минус 30. Тот же вакуум позволяет «запирать» тепло в ночное время суток, поэтому любые теплопотери исключены. Бесперебойная циркуляция прекращается лишь тогда, когда температура трубок внутри коллектора падает до 22 градусов.

Достоинства и недостатки вакуумных коллекторов

Технические особенности и достоинства вакуумных коллекторов таковы:

  1. Они обеспечивают высокую степень нагрева — температура в тепловой трубке может достигать 250-300 градусов.
  2. Тепловые трубки выполнены из красной меди, эффективно нагревающей теплопроводную жидкость.
  3. Внутри трубок нет воды, поэтому они не замерзают при низких температурах.
  4. Основа коллектора выполнена из алюминия, так что установка имеет привлекательный дизайн, легко вписывающийся в концепцию современного экстерьера.
  5. Конструкция способна выдержать высокое рабочее давление.
  6. Модульные секции легко установить.

Однако у подобных устройств есть и недостатки. При обильном снегопаде придется вручную расчищать прибор от снега. Вакуумные коллекторы в отличие от плоских моделей имеют относительно высокую стоимость. Устанавливать их просто, но необходимо четко вымерить угол наклона. Он должен быть не менее 20 градусов. А еще лучше этот процесс доверить профессиональным специалистам.

Коллекторно-концентратные приборы

Солнечные концентраторы работают немного иначе, чем плоские и вакуумные коллекторы. Они представляют собой стационарные неподвижные установки, которые улавливают солнечные лучи, падающие на поверхность прибора под разными углами. Именно поэтому эффект нагревания не всегда максимален. Но производители легко устранили подобную проблему, установив устройства слежения за солнцем. Это помогло значительно увеличить КПД прибора.

Главный элемент этих установок — параболоцилиндрический отражатель. Он вмонтирован под плоскую прозрачную поверхность. Коллекторно-концентратные приборы прогревают не теплоноситель, а воздух в помещении.

Воздушно-солнечный коллектор

Еще одна гелиосистема — воздушный солнечный коллектор. Его используют только для отопления внутренних помещений или для сушки сельскохозяйственной продукции. Конструкция прибора проста. Внешний блок похож на большой ящик, дно которого покрыто специальной черной светопоглощающей краской.

Сверху ящик закрыт стеклянной плитой или любым другим прозрачным листом. Сквозь такую крышку легко проходят лучи солнца. При этом черное дно усиливает их поглощение и прогревает воздух внутри ящика. При помощи вентилятора прогретый воздух подается в помещение.

Читайте также:
Что такое двухвалентный резервуар в солнечной установке?

Преимущество подобной установки в том, что воздушная система отопления намного практичнее водяной. Ведь здесь полностью отсутствуют трубопроводы, да и сама установка стоит намного дешевле плоских и вакуумных коллекторов.

Внутри воздушного солнечного коллектора нет теплоносителя, поэтому отсутствует риск его промерзания. Это исключает возможность протечки прибора. Монтируется установка просто, быстро и даже самостоятельно, без привлечения специалистов. Поэтому все чаще потребители обращают внимание именно на такие альтернативные источники тепла.

Главный недостаток описываемых систем — низкий КПД. Поэтому пока установку используют только как дополнительный источник тепла.

Обобщение по теме

Теперь вы знаете основные виды гелиоустановок для промышленного и бытового отопления помещений, для горячего водоснабжения и подогрева бассейнов. Преимущества использования солнечных коллекторов очевидны. Они помогают снизить коммунальные расходы, сэкономить на органических видах топлива и сократить вредные выбросы в атмосферу. Поэтому они активно внедряются в нашу жизнь.

Отопление дома солнечными коллекторами — принцип работы, виды и особенности выбора

Как сделать воздушный солнечный коллектор своими рукам

Технические особенности и преимущественные характеристики медно-алюминиевых радиаторов

Чугунный радиатор мс 140 — вес, размеры, допустимое давление и другие технические характеристики

Технические характеристики биметаллических радиаторов отопления

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Воздушные

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Читайте также:
Системы воздушного отопления: плюсы и минусы

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Принцип работы солнечного коллектора, как выбрать для дома

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

  • Стоимость системы самая низкая из всех альтернативных источников, это обусловлено несложной технологией изготовления и монтажа.
  • Несложный монтаж, который можно сделать даже самому, обладая определенными знаниями и навыками.
  • Легкость в эксплуатации, не нужно никаких особых навыков чтобы следить за ними.
  • Низкая стоимость ремонта, все детали системы недорогие. Нет крупных узлов, требующих замены целиком. Ремонт можно выполнить самостоятельно, предварительно немного изучив устройство.
  • Универсальность. Гелиосистему можно использовать для нагрева воды и отопления, без дополнительных циклов преобразования энергии. Подобрать количество панелей можно исходя их конкретной необходимости.
Читайте также:
Воздушный тепловой насос: как выбрать и собрать своими руками

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Принцип работы солнечного коллектора

Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

  • сами панели в необходимом количестве согласно расчетов,
  • контроллер управления (включая датчики),
  • насосная группа,
  • накопительная емкость (как правило это бак на 300-3000 литров),
  • монтажные элементы, трубы и фитинги.

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.

Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

  • Эффективность для нагрева воды (гвс) — 50-90%.
  • Эффективность для отопления дома — до 30%.

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

В описании системы указано максимально возможное поглощение солнечной энергии попадающей на абсорбер. «α» — это максимально возможный процент поглощения. «ε» — это процент отражающегося тепла.

По типу строения

Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые — устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические — в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские

Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.

Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Большой количество теплопотерь через корпус

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные

Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.

Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.

Читайте также:
Как работает тепловой насос воздух вода для отопления дома?

Достоинства

Недостатки

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5
  • Перьевой абсорбер с прямоточным тепловым каналом.
  • Перьевой абсорбер с тепловой трубкой “heat pipe”.
  • U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем.
  • Система с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”.
  • Пятая система это плоские коллекторы.

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

В этой формуле используются следующие значения:

  • η- коэффициент полезного действия коллектора, который мы рассчитываем;
  • η₀- оптический коэффициент полезного действия;
  • k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);
  • k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);
  • ∆Т- разница температур между коллектором и воздухом К;
  • Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.

Достоинства

Недостатки

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

  • Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
  • Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
  • Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки — максимум солнечного света.

  1. Выбираем место. Оно должно быть с солнечной стороны. Для этого достаточно понаблюдать несколько дней какой место на участке солнце освещает максимально долго (нужно избегать попадания тени от деревьев или построек). Выбрать начальную точку и конечную, солнечный коллектор направить по центру этих точек. Так мы получим максимальный охват теплового излучения.
  2. Угол наклона. Это важный этап установки, от которого зависит ее эффективность. Как правило такие данные дает производитель систем, но, в среднем это 45 градусов. Нельзя устанавливать под большим или меньшим углом, так как тогда снизится поглощающая площадь.
  3. Подключаем остальное оборудование. Это насосная группа с контроллером, накопительный бак и соединительные трубки. Это все подключается согласно инструкции. Ничего сложно здесь нет, так как принцип устройства достаточно простой.
Подробное видео установки

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

  • 100% в течение 6 «теплых» месяцев по нагрузке на ГВС (температура 55 градусов),
  • 50% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на ГВС,
  • 25% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на отопление в поддерживающем режиме.

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: