В настоящее время все больше людей задумывается о проблемах истощения полезных ископаемых, в особенности нефти и газа, и влияния продуктов их сжигания на окружающую среду. Учеными было предложено множество путей решения этих проблем, в том числе использование возобновляемых источников энергии: энергия ветра, волн, рек и, конечно же, Солнца.

Идея использования энергии солнечных лучей не нова. Для примера, Султанский дворец в Турции примерно в X веке до н.э. снабжался горячей водой, нагретой Солнцем, а в Греции в VII веке до н.э. использовали увеличительные стекла для зажигания огня. Гелиоколлекторы современного вида для нагрева теплоносителя были разработаны к середине ХХ века.

Плоские солнечные коллекторы

В системах отопления в основном используются гелиоколлекторы двух типов: плоские и трубчатые. Принцип их работы основан на поглощении тепла, возникающего при воздействии ультрафиолета на твердые поверхности.

Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 1. Плоские гелиоколлекторы (солнечные панели)

Корпус конструкции (2) следует выполнять жестким, герметичным, из устойчивого к коррозии и нагреванию металла и, желательно, цельным. Светопрозрачное покрытие (1) обычно выполняется из стекла (обычного или закаленного) с матовой поверхностью, которая лучше пропускает ультрафиолетовые лучи. Абсорбер (5) обычно представляет собой медную пластину с высокоселективным покрытием. Этот слой является одним из самых важных элементов в системе. Он должен поглощать как можно больше солнечного излучения. К абсорберу припаян проточный медный теплоотводящий трубопровод (3), заполненный водой или антифризом. Плоские коллекторы должны иметь хорошую теплоизоляцию (4), которая снижает потери тепла.
Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 2. Плоские гелиоколлекторы (конструкция)

Корпус конструкции (2) следует выполнять жестким, герметичным, из устойчивого к коррозии и нагреванию металла и, желательно, цельным. Светопрозрачное покрытие (1) обычно выполняется из стекла (обычного или закаленного) с матовой поверхностью, которая лучше пропускает ультрафиолетовые лучи. Абсорбер (5) обычно представляет собой медную пластину с высокоселективным покрытием. Этот слой является одним из самых важных элементов в системе. Он должен поглощать как можно больше солнечного излучения. К абсорберу припаян проточный медный теплоотводящий трубопровод (3), заполненный водой или антифризом. Плоские коллекторы должны иметь хорошую теплоизоляцию (4), которая снижает потери тепла.

Существует два различных способа раскладки теплоотводящих трубопроводов: арфа, которую предпочтительнее использовать в системах с естественной циркуляцией теплоносителя или с вынужденной циркуляцией при площади гелиосистемы не более 10м2, и меандр, применяемый при вынужденной циркуляции.

К преимуществам плоских солнечных коллекторов можно отнести:
1. относительную простоту конструкции;
2. возможность использования в течении всего года, благодаря способности очищатся от снега и измороси;
3. меньшую начальную стоимость.

Недостатками являются:
1. сложность ремонта;
2. большие потери тепла в зимний период;
3. высокая парусность (опасность срыва коллектора сильными порывами ветра).

Вакунные солнечные коллекторы

Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 3. Вакуумные (трубчатые) гелиоколлекторы

Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели. В общем случае схема вакуумного гелиоколлектора представлена на Рис.4.

Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 4. Вакуумные (трубчатые) гелиоколлекторы

Вакуумные гелиоколлекторы состоят из параллельных рядов двустенных прозрачных труб, между стенками которых откачан воздух. Наружная поверхность трубок (8) прозрачная. Внутренняя (7) — покрыта специальным селективным слоем. Холодный теплоноситель проходит по подающему патрубку (3), распределяется по теплообменникам (1), и отводится через обратный патрубок (4). Теплообменники могут быть присоединенными к коллектору обычными медными трубками, по которым перемещается нагреваемая вода или антифриз, или тепловыми трубками – запаянными с двух сторон медными трубками внутри которых циркулирует легкокипящая жидкость. Во втором случае вместо распределительных коллекторов для горячей и холодной воды устраивается специальный бак с теплоносителем. Для уменьшения теплопотерь может устраиваться теплоизоляция (5). Для более полного облучения солнечными лучами под вакуумными трубками устраиваются зеркальные отражатели (2).

Преимущества трубчатых гелиоколлекторов:
1. простота ремонта (не работающие вакуумные трубки можно демонтировать по отдельности с заменой на новые);
2. визуальное выявление разгерметизированных трубок с помощью изменения цвета бериллия;
3. больший КПД в зимний период;
4. низкая парусность.

Недостатки:
1. угол наклона коллектора должен быть не менее 20˚;
2. большая начальная стоимость;
3. сложность работы в зимний период при выпадении снега.

В климатических условиях Республики Беларусь наиболее выгодно использование плоских гелиоколлекторов. Наибольшая эффективность гелиосистем в качестве источника тепла для систем отопления достигается в осенний и весенний периоды, когда температура окружающей среды не достаточно низкая и угол падения солнечных лучей больше, чем в зимний период.

Также следует отметить, что некорректно рассматривать гелиосистемы как автономный источник тепла, который покроет все теплопотери здания. С экономической точки зрения наиболее актуальным является вариант, когда гелиоколлектор покрывает 30-40% теплопотерь. Основной источник тепла должен быть рассчитан на компенсацию 100% теплопотерь, для обеспечения расчетных температур внутри помещений при выходе солнечной системы из строя. Обязательна установка буферных баков, сглаживающих неравномерность поступления солнечной энергии в течение суток.