Як вибрати сонячний колектор?

Якщо ви зважилися на придбання та встановлення у себе геліосистеми, то перед вами неминуче стане дилема як вибрати сонячний колектор – найголовніший елемент сонячної установки.

На сьогоднішній день на ринку представлено величезну кількість сонячних колекторів різні за типом, конструкцією, ефективності та вартістю. Вибрати найоптимальніший варіант – не просте завдання. У цій статті ми розберемося в особливостях підбору сонячних колекторів для геліосистем, що дозволить зробити правильний вибір і відчути переваги використання сонячної енергії.

Як вибрати сонячний колектор за сферою застосування

По-перше, слід визначитися, для яких цілей вам потрібен сонячний колектор. Зазвичай геліосистема застосовується в побутовому секторі для:

• гаряче водопостачання;
• підтримка опалення;
• підігрів води у басейні.

Кожен варіант може використовуватися як самостійно, так і в поєднанні один з одним, а також всі разом. Однак у комбінованих системах є одна пріоритетна мета, на яку слід орієнтуватися вибираючи сонячний колектор.

Основні типи сонячних колекторів

Впевнений, що багато хто з вас чув про суперечку – вакуумний або плоский сонячний колектор. Насправді явного переможця у цій суперечці немає. Все залежить від цілей застосування сонячної системи для кожного конкретного випадку.

Існує кілька основних типів вакуумних сонячних колекторів, які так само значно відрізняються між собою, тому коректніше розглядатиме кожен тип окремо.

Для порівняння були обрані чотири основні типи вакуумних трубчастих колекторів і один високоефективний плоский:

• Вакуумний трубчастий колектор з пір’йовим абсорбером та прямоточним тепловим каналом.
• Вакуумний трубчастий сонячний колектор із пір’йовим абсорбером з тепловою трубкою “heat pipe”.
• U-подібний прямоточний вакуумний колектор з коаксіальною колбою та відбивачем.
• Вакуумний трубчастий сонячний колектор із коаксіальною колбою та тепловою трубкою “heat pipe”.
• Плоский високоефективний сонячний колектор.

Більшість аргументів зводяться до вельми абстрактних показників, таких як: «краще сприйняття сонячних променів», «відсутність тепловтрат» тощо. Але оскільки кожен сонячний колектор має абсолютно конкретні параметри ефективності, слід довіряти саме цим даним для розрахунку продуктивності сонячного колектора в кожному вибраному випадку.

Докладніше про ці параметри та принцип розрахунку: ефективність сонячного колектора.

На графіку показано залежність коефіцієнта корисної дії геліосистеми від різниці температури між навколишнім повітрям та теплоносієм у сонячному колекторі за умови сонячного випромінювання, що дорівнює 1000 Вт/м². Для аналізу скористаємося середніми параметрами кожного вибраного типу сонячного колектора вказаними на зображенні.

Перша зона з мінімальною різницею температури характерна для роботи сонячного колектора для нагрівання води в басейні. Режим роботи геліосистеми в другій зоні є оптимальним для гарячого водопостачання в режимі цілорічного режиму. Третя зона відповідає режиму роботи сонячних колекторів потреб опалення, оскільки температура навколишнього повітря в опалювальний період найнижча. Четверта зона використовується для отримання високих температур, що використовуються в технологічних потребах. У побутовому секторі такий температурний режим роботи трапляється вкрай рідко.

З графіка видно, що чим менше ∆t (фактично це означає – що нижча температура подачі теплоносія) то вище ККД сонячного колектора. Саме тому для геліосистеми оптимальним є застосування низькотемпературних систем опалення, таких як «теплі підлоги».

Плоский колектор і трубчасті вакуумні колектори з плоским перовим абсорбером мають більш високу продуктивність при роботі на нагрівання басейну і ГВП за рахунок оптичних властивостей, що сприяють кращому поглинанню сонячного світла. У свою чергу, вакуумний сонячний колектор з коаксіальною колбою краще працює в опалювальний період завдяки кращій теплоізоляції.

Продуктивність сонячних колекторів

Наступна діаграма дозволяє оцінити середню продуктивність колекторів за рік та за опалювальний період (нижня частина стовпця).

Дані про кількість виробленої енергії отримані за допомогою розрахунку у програмі симуляції роботи сонячної системи за рік. У розрахунках використовуються усереднені дані щодо сонячного випромінювання та погоди для міста Дніпра. Розрахунки наведені до 1 м² апертурної площі кожного типу вибраного сонячного колектора.

Діаграма дозволяє оцінити максимальну ефективність при безперервній роботі сонячної системи протягом усього року. Насправді такі умови практично неможливі і не завжди відображають реальну картину продуктивності сонячного колектора.

Для розрахунку реальної продуктивності скористаємось прикладом. Змоделюємо передбачуваний випадок застосування геліосистеми для потреб гарячого водопостачання в цілорічному режимі та підтримки системи опалення теплою підлогою з наступними параметрами:

• площа опалення – 200 м²;
• тепловтрати – сучасна споруда із високим рівнем теплоізоляції 50 Вт/м² площі;
• місце розташування – Київ;
• ГВП – 200 л на добу;
• апертурна площа колекторів – 30 м².

На графіку видно, що за допомогою сонячного колектора для опалення важливішим є низькі теплові втрати. При цьому хороші оптичні характеристики дають приріст вироблення тепла в міжсезоння, коли середня температура повітря вища, але все ще потрібне опалення.

У результаті отримуємо реальну продуктивність геліосистеми протягом року.

Вартість сонячного колектора та отриманого тепла

Вартість сонячних колекторів варіюється і залежить від якості складання, матеріалу абсорбера та корпусу, товщини та спосіб укладання ізоляції, товщини скла тощо. Щоб оцінити вартість отриманої теплової енергії від сонячних колекторів, задамося середньою вартістю одного метра квадратного кожного типу колектора. Так само взявши за основу термін експлуатації 25 років та умови експлуатації, описані в прикладі вище, отримуємо значення вартості отриманого 1 кВт*год енергії.

Тепло отримане від прямоточного вакуумного колектора з перовим абсорбером є найдорожчим. А тепло отримане від плоского сонячного колектора найдешевше, відповідно плоскі колектори мають мінімальний термін окупності.

Однак ціна сонячного колектора не завжди є основним фактором. Більш дорогі колектори мають більший термін служби та низькі експлуатаційні витрати, пов’язані з можливими поломками. У зв’язку з цим доцільно розглядати встановлення як дорогої брендової техніки, так і бюджетних варіантів за відповідного рівня початкових капіталовкладень.

Вибираючи сонячний колектор, зверніть увагу на технічну інформацію

Найважливішим чинником вибору сонячного колектора є наявність повного технічного описи. Насамперед необхідно знати параметри оптичного ККД (ŋ₀), коефіцієнти теплових втрат a₁ (k₁) та а₂ (k₂) та площу сонячного колектора (апертурна та загальна). Саме ці параметри дозволяють оцінити ефективність та розрахувати прогнозовану продуктивність сонячного колектора.

Якщо виробник чи продавець з якихось причин не надає ці дані, то в результаті ми отримуємо “кота в мішку” і не зможемо оцінити енергетичний внесок геліосистеми, тому краще утримаються від покупки такого виробу. Наявність міжнародного сертифікату (наприклад, від швейцарської лабораторії SPF або Solar Keymark) вітається, проте не завжди нам продають саме той колектор, який проходить випробування. Особливо цим “грішать” азіатські виробники, тут ми нічого не зможемо перевірити, залишається тільки сподіватися на порядність компанії виробника або постачальника.