Что такое гелиосистема?

Термин “гелиосистема” приобретают актуальность во всем Мире из-за постоянно растущих цен на энергоносители и экологической повестки. Меры энергосбережения становятся все более востребованными. Сложно представить себе более экологический способ добычи энергии, чем солнечная энергия.

Понятие гелиосистема очень обширно. Гелиосистемами называют любую установку  преобразующую солнечную энергию в другой тип энергии. Это может быть как большая электростанция так и «солнечная кухня».

• Солнечная тепловая электростанция
• Солнечная фото-электростанция
• Солнечная кухня

Классификация гелиосистем по назначению

• система солнечного теплоснабжения;
• гелиосистема, вырабатывающая электроэнергию (фотоэлектрическая система);
• гелиосистема охлаждения (система абсорбции/адсорбции).

Гелиосистема = система солнечного теплоснабжения

В 99% случаев под словом гелиосистема подразумевается именно система солнечного теплоснабжения с жидкостным теплоносителем. Поэтому о ней пойдёт речь в статье.

Гелиосистема в котельной

Гелиосистема обеспечивает горячее водоснабжение или поддержку отопления жилых домов, гостиниц, пансионатов. Так же гелиосистемы эффективно работают в технологических процессах промышленности и производства.

По способу применения гелиосистемы подразделяются:

• горячее водоснабжение;
• поддержка отопления;
• нагрев бассейна.

Гелиосистема бывает комбинированной, выполняя по две функции или сразу все три.

Так же системы солнечного теплоснабжения можно разделить по типу циркуляции теплоносителя:

• системы с естественной циркуляцией (термосифонные);
• системы с принудительной циркуляцией.

Гелиосистема: принцип работы, обзор компонентов

Принцип работы гелиосистемы основан на использовании солнечной энергии для нагрева теплоносителя, который затем передает тепло для нужд ГВС, отопления, технологических процессов и т.д. Для реализации этого процесса гелиосистема оснащена следующими компонентами:

Основные компоненты гелиосистемы:

• солнечные коллекторы;
• насосный модуль с группой безопасности;
• контроллер;
• бак-аккумулятор (водяной);
• дублирующий источник энергии (котёл).

Солнечные коллекторы

Плоские или трубчатые вакуумные коллекторы преобразуют энергию излучения Солнца в тепло. Далее тепло мы используем нагревая воду, подогревая бассейн, обеспечивая поддержку отопления дома. Коллекторы имеют высокий КПД преобразования тепла в пасмурную погоду благодаря высокоселективному покрытию, нанесённому на абсорбер.

Подробнее о солнечных коллекторах: Типы солнечных коллекторов.

Коллекторы нагревают воду или теплоноситель, состоящий из гликолево-водной смеси. Теплоноситель, циркулируя по трубам (гелиоконтуру) передаёт тепло баку-аккумулятору.

Трубы гелиоконтура

Трубопроводная магистраль имеет высокий уровень термостойкости, т. к. в процессе эксплуатации рабочие температуры способны достигать 100-120 °C. Кроме того, возможны режимы стагнации, когда температура теплоносителя гелиосистемы достигает 180-220 °C.

Наиболее распространённый материал труб – медь или сталь. Для снижения теплопотерь трубы изолируют термостойкой теплоизоляцией по всей длине. Самый подходящий вариант изоляции – вспененный каучук. На открытых участках трубу необходимо защитить ультрафиолетостойким кожухом.

Насосная группа

Насосная группа состоит из собранных элементов монтажного оборудования, размещенных в теплоизолированном корпусе, готовых к подключению.

Компоненты насосной группы

Насосная группа включает следующие компоненты:

Циркуляционный насос — перекачивает теплоноситель по гидравлическому контуру.

Циферблатный термометр – для визуального контроля температуры теплоносителя, поступающего в теплообменник и температуры теплоносителя обратной линии, подаваемого в солнечные коллекторы.

Обратный клапан — предотвращает обратный поток гликолевой смеси.

Воздухоотводчик — удаляет воздух из установки.

Воздух в системе снижает теплопроводность теплоносителя, ускоряет коррозию выводя из строя систему из-за образования воздушной пробки.

Чтобы гелиосистема работала стабильно, следует тщательно удалять воздух. Для первичного удаления воздуха используется воздухоотводчик смонтированный на верхней точке системы возле солнечных коллекторов.

Пример установки воздухоотводчика возле коллекторов

После заправки этот воздухоотводчик перекрывают чтобы избежать утечку парообразного теплоносителя. Однако пузырьки воздуха образовываются в зоне горячей гликолевой смеси еще долгое время после первого запуска. Поэтому дополнительный автоматический воздухоотводчик монтируется на линии подачи бака-аккумулятора.

Сейчас, все чаще применяются сепараторы воздуха. Они быстро и эффективно удаляют воздух. Установка сепаратора приводит к удорожанию, однако избавит от вероятного приглашения сервисного специалиста для устранения поломок или перезаправки теплоносителя.

Сепаратор воздуха контура гелиосистемы

Ротаметр — для установки и контроля расхода теплоносителя гелиосистемы. Ротаметры всегда оснащены колбой со шкалой визуального контроля расхода.

Группа безопасности — включает клапан сброса давления, манометр визуального контроля давления. Так же к группе безопасности подключается расширительный бак компенсации чрезмерного давления возникающее из-за перегрева системы. Рабочее давление не должно превышать 6 бар. Если давление превышает критическое значение, клапан открывается сбрасывая часть гликолевой смеси, стабилизируя давление.

Бак-аккумулятор

Гелиосистема оснащается баком-аккумулятором тепловой энергии. Как правило, это цилиндрическая ёмкость с водой обеспечивающая запас тепловой энергии.

Особенность работы гелиосистемы заключается в том, что солнечные коллекторы генерируют тепло на протяжении светового дня. Котел же способен за короткий промежуток времени обеспечить потребителя теплом. Потребление тепловой энергии не совпадает с пиковой выработкой гелиосистемы.

Объем бака подбирается на основании планируемого суточного потребления горячей воды. Для гелиосистем, работающих на отопление, алгоритм выбора объема бака зависит от площади гелиополя.

Подробнее о баках-аккумуляторах: аккумулирование солнечной энергии.

Контроллер гелиосистемы

Контроллер оптимизирует использование солнечного тепла. С помощью датчиков он считывает температуру теплоносителя в коллекторах и температуру воды в баке-аккумуляторе горячей воды или отопления. Регулирует расход теплоносителя учитывая собранные данные.

Например, если температура воды бака составляет 20 °C, а температура в коллекторах 28 °C или более (разница температуры> 8 °C), контроллер активирует насос. Если разница температур низкая, примерно 4 °C или ниже — контроллер выключит циркуляционный насос (например, температура в коллекторе 55 ᵒC, температура бака ГВС: 51 °C — разница температур: 4 °C).

Алгоритм работы контроллера гелиосистемы

Контроллер также имеет другие функции, например, защищает установку от перегрева, отводит избыточное тепло из бака или оптимизирует работу насоса. К тому же современные контроллеры имеют функцию онлайн мониторинга и подсчёта сэкономленного тепла.