Что такое гелиосистема?

Термин “гелиосистема” приобретают актуальность во всем Мире в связи с постоянно растущими ценами на энергоносители и экологически неблагоприятной ситуацией. Проблемы энергосбережения становятся все более острыми. Всё это заставляет задуматься над более экологически чистыми и эффективными способами добычи энергии. Поэтому многие передовые компании всерьёз обратили внимание на Солнце как источник энергии.

Каждые две недели Солнце отдает Земле такое количество энергии, которое потребляют все жители нашей планеты в течение всего года. Нам остается только научится использовать это благо с максимальной выгодой для человечества. Одним из таких способов и является гелиосистема.

Понятие гелиосистема очень обширно. По сути, гелиосистемами называют любую установку, которая преобразовывает солнечную энергию в любой другой тип энергии. Это может быть и большая электростанция и всем известная «солнечная кухня».

  • Солнечная тепловая станция
  • Солнечная электростанция
  • Солнечная кухня

Классификация гелиосистем по назначению

По назначению гелиосистемы можно классифицировать:

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

Гелиосистема = система солнечного теплоснабжения

В 99% случаев под словом гелиосистема мы подразумеваем систему солнечного теплоснабжения. Поэтому о ней и пойдёт речь в этой статье.

Общий вид гелиосистемы в топочной

Гелиосистема является наиболее развитым, эффективным и востребованным способом преобразования энергии Солнца. В настоящий момент наиболее широко применяется для горячего водоснабжения и поддержки отопления в основном частных жилых домов, гостиниц и пансионатов. Так же гелиосистема эффективно работает в технологических процессах промышленности и производства. Существует классификация гелиосистем по конструкции и по способу применения.

По способу применения гелиосистемы подразделяются:

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

Гелиосистема может быть комбинированной и выполнят по две функции или сразу все три функции.

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

Гелиосистема: принцип работы и обзор компонентов

Рассмотрим более подробно принцип работы и состав гелиосистемы для горячего водоснабжения, используемые в бытовом секторе.

 

Гелиосистема включает в себя следующие основные компоненты:

  • 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, которое мы используем для нагрева воды, для подогрева бассейна и для поддержки отопления дома. Коллекторы имеют высокую эффективность преобразования тепла даже в пасмурную погоду благодаря высокоселективному покрытию, нанесённому на абсорбер.

Подробнее о типах солнечных коллекторов читайте в статье: Типы солнечных коллекторов.

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

Трубы гелиоконтура

Для обеспечения циркуляции теплоносителя в гелиосистеме используются трубы с стойкие к высоким температурам, т. к. в процессе эксплуатации рабочие температуры могут достигать 100-120 °C. Кроме того, возможны режимы стагнации, при которых температура в солнечных коллекторах достигает 180-220 °C.

Наиболее распространённый материал для труб – медь. Часто так же используют сталь. Для снижения теплопотерь трубы обязательно должны быть изолированы термостойкой теплоизоляцией по всей длине. Наиболее подходящий вариант изоляции – вспененный каучук. Для дополнительной защиты на открытых участках трубу необходимо защитить ультрафиолетостойким кожухом.

Насосная группа для обеспечения циркуляции

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

Компоненты насосной группы

Насосная группа включает в себя следующие компоненты:

Циркуляционный насос — обеспечивает перекачку теплоносителя по всему гидравлическому контуру в системе.

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 при заправке системы.

Воздух в системе приводит к снижению теплопроводящих свойств теплоносителя, вызывает коррозию и может вывести из строя систему при образовании большой воздушной пробки.

Чтобы гелиосистема работала с оптимальной эффективностью, необходимо тщательно удалить воздух из гелиоконтура. Для первичного удаления воздуха используется воздухоотводчик расположенный в самой высокой точке системы возле солнечных коллекторов.

Пример установки воздухоотводчика возле коллекторов

После чего этот воздухоотводчик перекрывают для избежание утечки парообразного теплоносителя в режиме стагнации. Однако пузырьки воздуха могут появляться еще долгое время после первого запуска. Они образовываются там, где выше температура, в зоне горячей гликолевой смеси. Поэтому дополнительный автоматический воздухоотводчик монтируется на линии подачи в бак-аккумулятор.

В последнее время, все чаще для обезвоздушивания применяются сепараторы воздуха, которые быстро и надёжно удаляют воздух из гелиосистемы. Установка сепаратора приводит к удорожанию, однако избавит пользователя от вероятного приглашения сервисного специалиста для устранения поломок и перезаправки теплоносителя.

Сепаратор воздуха в контуре гелиосистемы

Ротометр — используется для установки и контроля правильного расхода теплоносителя через коллекторы. Ротометры (расходомеры) могут быть различными по конструкции, но у них всегда есть колба со шкалой, по которой осуществляется визуальный контроль расхода.

Группа безопасности, в состав которой входят клапан сброса давления и манометр для визуального контроля давления в системе. Так же к группе безопасности подключается расширительный бак для компенсации чрезмерного давления возникающее при перегреве системы. Максимальное давление не должно превышать 6 бар. Если давление в системе становится слишком высоким, клапан открывается и выпускает часть гликолевой смеси из гелиосистемы, стабилизируя давление.

Бак-аккумулятор

Гелиосистема обычно оснащена баком-аккумулятором тепловой энергии. Как правило это цилиндрическая ёмкость с водой которая служит для запаса тепловой энергии.

Одной из особенностей работы гелиосистемы является то, что солнечные коллекторы генерируют тепло на протяжении всего светового дня, в отличии от котла, который за короткий промежуток времени может обеспечить потребителя теплом. При этом потребление тепловой энергии не совпадает с пиковой выработкой гелиосистемы.

Чтобы обеспечить хорошую производительность и стабильную работу гелиосистемы, объем бака следует выбирать исходя из ожидаемого суточного потребления горячей воды. Для гелиосистем, работающих на отопление, алгоритм выбора объема бака зависит от площади гелиополя, чтобы накопить больше тепла.

Подробнее о баках-аккумуляторах читайте в статье: аккумулирование солнечной энергии.

Контроллер гелиосистемы

Контроллер обеспечивает эффективное и максимальное использование солнечного тепла. С помощью датчиков он измеряет температуру теплоносителя в коллекторах и температуру воды в баке-аккумуляторе для горячей воды или отопления и регулирует подачу теплоносителя исходя из собранных данных.

Например, если температура воды в баке составляет 20 °C, а температура в коллекторах составляет 28 °C или более (разница температуры> 8 °C), контроллер активирует насос. Если разница температур небольшая, 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, которые, например, защищают установку от перегрева, позволяют отводить избыточное тепло из бака или оптимизируют работу насоса. К тому же многие современные контроллеры имеют функцию онлайн мониторинга и подсчёта сэкономленного тепла.

Сергей Маринец

Автор - инженер по возобновляемым источникам энергии

Похожие записи

Подключение солнечных панелей в один массив

Подключение солнечных панелей в один массив

Зеленый тариф в Украине в 2021 году

Зеленый тариф в Украине в 2021 году

Расчет потерь в кабелях постоянного тока — STC или NOCT?

Расчет потерь в кабелях постоянного тока — STC или NOCT?

Солнечные электростанции для дома

Солнечные электростанции для дома

7 комментариев

  1. Спасибо, Сергей, за познавательный и хорошо проиллюстрированный материал. Но для полноты не хватает, пожалуй, зеркального солнечном концентратора для водонагрева, где утверждается его превосходство над коллекторами. Каково ваше мнение по этому вопросу?

    • Спасибо за отзыв!
      Зеркальные концентраторы, не плохое решение если необходима вода с высокой температурой, например для технологических процессов на производстве и т.д. Однако для частного потребителя, такая конструкция сложная, громоздкая и дорогая. Кроме того для концентрации лучей необходима трекерная система следящая за солнцем, а это из-за этого есть необходимость в гибких шлангах, которые при таком режиме работы быстро выходят из-з строя. Плюс такая конструкция имеет высокую парусность, и при сильных порывах ветра она просто разрушится. Все мои предыдущие опыты трекерных гелиосистем были неудачны, в конечном результате трекер останавливали в одном оптимальном положении и система становилась стационарной, из-за постоянных проблем с механизмом трекера и подводкой теплоносителя в солнечные коллекторы.

  2. Трекеры постоянно совершенствуются и удешевляются из-за огромного спроса и тиражей в фотовольтаике. Может, вы просто давно не пробовали? 🙂 Если длина и модель шланга правильно выбрана, он должен служит свой срок, это вопрос к производителю шланга. Но даже очень хороший гибкий шланг заметно дешевле термостойких труб, разве нет? Зато, говорят, концентратор с трекером полностью решают проблемы закипания и стагнации просто уводом трубы из фокуса при превышении температурой заданного порога. А проблему парусности, как я понимаю, они решили заметным зазором между зеркалами (хотя наверняка пришлось их делать разнофокусными, чтоб не терять зря свет). Общая площадь у них меньше, чем у билбордов, да еще и с разрезами… Вот на sel.in.ua они приводят 3 количественных преимущества концентратора перед коллектором, против которых я, как физик (я ее 30 лет преподавал:), не могу возразить. А вы? Там есть место для комментов, может, выведете этих харьковчан на чистую воду?

    • Возможно Вы и правы, с теоретической точки зрения это отличный прибор. Я знаю по себе, т.к. такой концентратор мы разрабатывали во время учёбы на кафедре и его исследование было моей дипломной бакалаврской работой.
      Так же и теория со шлангом, кроме того, что он так же должен быть термостойким, поскольку подвергается воздействию высоких температур, он еще и должен быть гибким и одновременно прочным. Кроме того, основная проблема даже не с самим шлангом, а с резьбовыми соединениями. Т.к. подвергаясь вибрации при движении шланга, они часто разгерметизируются, а с учётом того, что теплоноситель очень текучая среда, происходят постоянные его утечки. Для проводов СЭС это не критично, а вот для теплоносителя это всегда проблема. При правильном монтаже и некоторых других моментах закипание в классической гелиосистеме не является проблемой. В этой статье собраны все решения: https://solarsoul.net/sovremennye-sposoby-borby-s-peregrevom-v-solnechnyx-kollektorax

      По парусности, в теории тоже все хорошо, но мне эта конструкция не кажется такой уж надёжной. Думаю вблизи моря лучше такую установку не ставить. Билборды тоже падают. В итоге, я соглашусь, что в теории мы имеем отличную установку с высоким КПД, но на практике это сложная и капризная конструкция. К тому следует учесть и финансовый аспект. Никого выводить на чистую воду я не собираюсь, отвечаю вам исходя из своего опыта и знаний.

  3. Здравствуйте, я на одном сайте увидел, что гелиосистемы делятся на сезонные и всесезонные. У сезонные подразумевают, что в самом солнечном коллекторе течет вода, а у всесезонных какой то теплоноситель, который потом в теплообменнике передает теплоту воде. Но! Это указывают только для вакуумных коллекторов, а для плоских нет.
    Вопросы:
    1) Корректно ли деление на всесезонное и сезонное или лучше говорить с прямой передачей тепла и теплообменником? И где то я видел 3 тип где теплоноситель испаряется, поднимается наверх, отдает тепло в встроенном теплообменнике, конденсируется, а потом по трубке снова стекает. Или это не 3 тип, а они все так работают?
    2) Относится ли это деление к плоским коллекторам? Или теплообменник для них не предусмотрен?
    3) Вход холодной воды в теплообменник снизу или сверху или оба варианта могут быть? Чем это обусловлено ?
    4) И поглащающая пластина является абсорбером или адсорбером? Или в плоских коллекторах она абсорбер, а в вакуумных адсорбер или наоборот ?
    Спасибо!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Строительство СЭС любой сложности

Свежие записи