Що таке геліосистема?

Термін “геліосистема” набуває актуальності в усьому світі через постійне зростання цін на енергоносії та екологічну повістку. Заходи енергозбереження стають дедалі важливішими. Важко уявити собі екологічніший спосіб видобутку енергії, ніж сонячна енергія.

Поняття геліосистема дуже широке. Геліосистемами називають будь-яку установку, що перетворює сонячну енергію в інший тип енергії. Це може бути як велика електростанція, так і «сонячна кухня».

• Сонячна теплова електростанція
• Сонячна електростанція
• Сонячна кухня

Класифікація геліосистем за призначенням

• система сонячного теплопостачання;
• геліосистема, що виробляє електроенергію (фотоелектрична система);
• геліосистема охолодження (система абсорбції/адсорбції)

Геліосистема = система сонячного теплопостачання

У 99% випадків під словом геліосистема мається на увазі саме система сонячного теплопостачання. Тому про неї йтиметься у статті.

Геліосистема в котельні

Геліосистема забезпечує гаряче водопостачання чи підтримку опалення житлових будинків, готелів, пансіонатів. Також геліосистеми ефективно працюють у технологічних процесах промисловості та виробництва.

За способом застосування геліосистеми поділяються:

• гаряче водопостачання;
• підтримка опалення;
• нагрівання басейну.

Геліосистема буває комбінованою, виконуючи дві функції або відразу всі три.

Також системи сонячного теплопостачання можна розділити за типом циркуляції теплоносія:

• системи із природною циркуляцією (термосифонні);
  системи із примусовою циркуляцією.

Геліосистема: принцип роботи, огляд компонентів

Розглянемо принцип роботи та склад геліосистем для гарячого водопостачання.

Геліосистема містить наступні компоненти:

• сонячні колектори;
• насосний модуль із групою безпеки;
• контролер;
• бак-акумулятор (водяний);
• дублююче джерело енергії (котел).

Сонячні колектори

Плоскі або трубчасті вакуумні колектори перетворюють енергію випромінювання Сонця на тепло. Далі тепло ми використовуємо нагріваючи воду, підігріваючи басейн, забезпечуючи підтримку опалення будинку. Колектори мають високу ККД перетворення тепла у похмуру погоду завдяки високоселективному покриттю, нанесеному на абсорбер.

Докладніше про сонячні колектори: Типи сонячних колекторів.

Колектори нагрівають воду або теплоносій, що складається з суміші гліколю та води. Теплоносій, циркулюючи трубами (геліоконтуром) передає тепло баку-акумулятору.

Труби геліоконтуру

Трубопровідна магістраль має високий рівень термостійкості, тому що в процесі експлуатації робочі температури можуть досягати 100-120 °C. Крім того, можливі режими стагнації, коли температура теплоносія геліосистеми досягає 180-220 °C.

Найбільш поширений матеріал труб – мідь чи сталь. Для зниження тепловтрат труби ізолюють термостійкою теплоізоляцією по всій довжині. Найкращий варіант ізоляції – спінений каучук. На відкритих ділянках трубу необхідно захистити ультрафіолетостійким кожухом.

Насосна група

Насосна група складається із елементів монтажного обладнання, розміщених у теплоізольованому корпусі, готових до підключення.

Схематичне зображення насосної групи

Насосна група включає такі компоненти:

Циркуляційний насос – перекачує теплоносій по гідравлічному контуру.

Циферблатний термометр – для візуального контролю температури теплоносія, що надходить у теплообмінник та температури теплоносія зворотної лінії, що подається в сонячні колектори.

Зворотний клапан – запобігає зворотному потоку гліколевої суміші.

Повітровідвідник – видаляє повітря з установки.

Повітря в системі знижує теплопровідність теплоносія, прискорює корозію виводячи з ладу систему через утворення повітряної пробки.

Щоб геліосистема працювала стабільно, слід ретельно видаляти повітря. Для первинного видалення повітря використовується повітровідвідник, змонтований на верхній точці системи біля сонячних колекторів.

Приклад установки повітровідвідника біля колекторів

Після заправки цей повітровідвідник перекривають, щоб уникнути витоку пароподібного теплоносія. Однак бульбашки повітря утворюються у зоні гарячої гліколевої суміші ще довгий час після першого запуску. Тому додатковий автоматичний повітровідвідник монтується на лінії подачі бака-акумулятора.

Зараз все частіше застосовуються сепаратори повітря. Вони швидко та ефективно видаляють повітря. Установка сепаратора призводить до подорожчання, проте позбавить ймовірного запрошення сервісного фахівця для усунення поломок або перезаправлення теплоносія.

Сепаратор повітря контуру геліосистеми

Ротаметр – для налаштування та контролю витрати теплоносія геліосистеми. Ротаметри завжди оснащені колбою зі шкалою візуального контролю витрати.

Група безпеки – включає клапан скидання тиску, манометр візуального контролю тиску. Також до групи безпеки підключається розширювальний бак компенсації надмірного тиску, що виникає через перегрівання системи. Робочий тиск не повинен перевищувати 6 бар. Якщо тиск перевищує критичне значення, клапан відкривається скидаючи частину гліколевої суміші, стабілізуючи тиск.

Бак-акумулятор

Геліосистема оснащується баком-акумулятором теплової енергії. Як правило, це циліндрична ємність з водою, що забезпечує запас теплової енергії.

Особливість роботи геліосистеми полягає в тому, що сонячні колектори генерують тепло протягом світлового дня. Водночас котел здатний за короткий проміжок часу забезпечити споживача теплом. Споживання теплової енергії не збігається з піковим виробленням геліосистеми.

Об’єм бака підбирається згідно запланованого добового споживання гарячої води. Для геліосистем, що працюють на опалення, алгоритм вибору об’єму бака залежить від площі геліополя.

Докладніше про баки-акумулятори: акумулювання сонячної енергії.

Контролер геліосистеми

Контролер оптимізує використання сонячного тепла. За допомогою датчиків він зчитує температуру теплоносія в колекторах та температуру води в баку-акумуляторі гарячої води або опалення. Регулює витрату теплоносія враховуючи зібрані дані.

Наприклад, якщо температура води бака становить 20 °C, а температура колекторів 28 °C або більше (різниця температури > 8 °C), контролер активує насос. Якщо різниця температур низька, приблизно 4 °C або нижче – контролер вимкне циркуляційний насос (наприклад, температура в колекторі 55 °C, температура бака ГВП: 51 °C – різниця температур: 4 °C).

Алгоритм роботи контролера геліосистеми

Контролер також має інші функції, наприклад захищає установку від перегріву, відводить надлишкове тепло з бака або оптимізує роботу насоса. До того ж сучасні контролери мають функцію онлайн моніторингу та підрахунку заощадженого тепла.