Солнечная энергетика. Практика. Часть 1.

Впервые мне  по настоящему интересна стала тема использования солнечной энергии в быту после того, как я побывал в гостях у брата, живущего в Геленджике. У него на даче, на крыше летней беседки, был установлен самодельный солнечный коллектор для нагрева воды.

При всей относительной простоте солнечного коллектора, который представлял из себя деревянный застекленный короб, внутри которого располагались четыре плоских стальных радиатора отопления, соединенные  трубами с теплоизолированной  накопительной емкостью, установленной в мансарде (примерно уровень третьего этажа) он эффективно нагревал литров 150 воды. При всем этом никаких циркуляционных насосов не использовалось, работали только законы физики.

Вода в накопительной емкости, накачанная утром из скважины, к 14 часам майского дня нагревалась солнечной энергией так, что требовалось смешивание ее с холодной водой, чтобы комфортно принимать душ или помыть посуду. В ванной комнате был установлен электрический водонагреватель, который в это время года почти не включался.

Меня удивило, что при всей очевидной экономической выгоде и  простоте конструкции никто из соседей по дачному поселку не повторил конструкцию.

И вот вспомнив эту давнюю историю, решил посмотреть в интернете, что же из солнечной энергетики сегодня используется народом на практике. Материала и информации на эту тему много, но как  сегодня водится, в основном они все коммерческой и рекламной направленности. Практических отзывов, да еще и грамотных- немного, а интерес к альтернативной энергетике  постепенно возрастает и в нашей многострадальной стране.   Кстати, парадокс — использование бесплатной энергии солнца стоит значительных денег. И все же находятся люди, которые не жалеют своих сил и денег на использование солнечной энергии, как говорится, для дома, для семьи.

Одним из таких людей является житель Владивостока  Владислав Повойко, который поделился опытом использования солнечных вакуумных коллекторов для обогрева загородного дома.

Далее я с согласия автора публикую этот замечательный материал.

Текст и фотографии Владислава Повойко.

С оригиналом  Вы можете ознакомиться на сайте автора  http://www.hexagroup.ru,  если он его к этому времени не удалил.

При строительстве индивидуального жилого дома в пригороде Владивостока, встал вопрос об отоплении. Проще всего этот вопрос решается использованием электрических конвекторов, но электрификация нашей деревни была отодвинута в светлое будущее, ввиду отсутствия мощностей.

Традиционные «мазутные» технологии были отметены сразу и бесповоротно по идеологическим соображениям, ввиду их дороговизны, пожароопасности и необходимости постоянного присутствия в доме «котельного машиниста».

Кроме того, для их функционирования нужно электричество. Требовалось найти альтернативный путь, независимый от внешних сетей (и государства).

В условиях Владивостока, с его географической широтой в 43 ^оС и большим количеством солнечных дней с августа по май, было бы разумно использовать энергию солнца.

Весной 2009 года мне было известно о солнечных котельных только то, что они существуют. Информация была взята из кривых объявлений формата А4 на окрестных заборах. Хорошо «погуглив» я обнаружил множество сайтов с предложениями о продаже, причем большинство продавцов находились на западе страны.

Сайты содержали одну и ту же заумную статью с картинками, бессовестно скопированную друг у друга. Ни на одном сайте я так и не нашел информации о реальном применении солнечной котельной с результатами и впечатлениями. Впрочем, статья дает общее представление о принципе работы вакуумного коллектора с термотрубками. Не обладая

фундаментальными знаниями по физике, я изложил эти принципы как смог на  <http://www.hexagroup.ru/solar_power>

Итак, выбор сделан. Осталось воплотить его в реальность. Из нескольких Владивостокских компаний, рекламирующих солнечные системы отопления, я побывал только в одной. У остальных, либо не отвечали телефоны, либо отсутствовали офисы. Продукция компании, в которой мне удалось побывать, не устроила местом изготовления. Все-таки китайское качество оставляет желать лучшего, притом, что цена совсем не маленькая.

Лидерами в солнечной энергетике, на сегодняшний день, остаются немцы, и я решил приобрести котельную из Германии. Далее, последовала долгая переписка с официальными дилерами «Сонненкрафта», «Будеруса» и еще не помню кого. Всех отличала локализация в Москве и странная клиентская политика, будто я прошу у них денег взаймы. Одни не поставляют вакуумные коллекторы в Россию и считают, что мне просто необходимо купить плоские (которые пригодны лишь для дачного душа), другие направляют в их региональное представительство в Новосибирске, а те отправляют к специалисту в Сочи. Плюнув на них, я снова полез в Интернет и нашел немецкую компанию из города Плауен, которая специализируется на солнечной энергетике. Любезная фройляйн,  попросила заполнить заявку с указанием площади дома, отопительных приборов, ориентации и угла наклона крыши, и т.д.  Получилось следующее: площадь дома: 170 м² , объем помещения: 700 м³ , система отопления «теплый пол», чистой площадью 130 м² и расчетной температурой теплоносителя: 50^оС, угол наклона крыши: 30^оС , направление: юго-запад, азимут: 10 ^о . Затем пришел расчет системы.

Как видно из таблицы, расчет делался по средней зимней температуре – 35^оС , чего, к счастью, во Владивостоке не случается, поэтому немецкие инженеры включили в систему электронагреватель на 33 киловатта. Видимо, они не знакомы с Владивостокским предприятием электрических сетей и не знают, что 33 кВт частному дому не дадут. Я

скромно ограничился встроенным электронагревателем на 6 кВт, который, по моим расчетам, мог бы тянуть дизель-генератор.  Зато мощность коллекторов – 13,6 кВт – меня вполне устраивала.

Далее следовали графики использования энергии солнца по отношению, к общему энергопотреблению, количество сэкономленного электричества за год, количество невыпущенного в атмосферу диоксида углерода и сажи. Меня же больше интересовал вопрос: будет эта штука работать зимой или нет? Выглядело все как-то нелогично: зима, мороз, ветер, а коллектор лежит себе на крыше и нагревается.

В конце августа 2009 года система отопления прибыла из Гамбурга во Владивосток. Стоимость доставки, с учетом перевалки груза в Пусане, оказалась сопоставима со стоимостью «услуг» фирмы «Эстив-Лоджистик», которые заключались в открытии/закрытии контейнера и выдаче груза в порту. За свою недолгую трудовую деятельность они умудрились проткнуть вилочным погрузчиком упаковку с вакуумными трубками и свалить всё на гамбургских докеров. Прибывший сюрвейер взял сто баксов и составил красочный отчет о повреждениях, однако логистическая компания платить отказалась, так как на ящиках не было обозначения, что там хрупкий груз. Интересно, а нехрупкий груз можно тыкать вилами? Порядочные немцы извинялись и порывались отправить еще две трубки за свой счет, но, столкнувшись с нашей таможней, я решил, что повторную растаможку двух трубок я не вынесу.  Проблема состояла в том, что вакуумный солнечный коллектор не подходит ни под один код товарной номенклатуры внешнеэкономической деятельности. В нашем зарегулированном государстве – царстве чиновников, разрешено только то, что разрешено. Ни о каких таких вакуумных коллекторах среди «котлов отопительных чугунных» не упоминается. В общем, креативные таможенные брокеры как-то решили эту проблему, и я смог забрать груз с таможенного склада.

Больше никаких неприятностей не было, за исключением инструкции по монтажу на немецком языке, мило подложенной фройляйн Глаш.  Этот язык мне незнаком в совершенстве, так что пришлось просить «юзерс мануал» на английском. Что приятно поразило, это – тщательность выполнения заказа. Прислали все вплоть до последнего винта, включая девять канистр с теплоносителем, рассчитанным на высокую температуру кипения и температуру замерзания – 35^оС. Единственное, что пришлось изобретать на месте – это два дополнительных соединения для шлангов и патрубков коллекторов. Дело в том, что из-за рельефа крыши, коллекторы у меня разделяются на три группы по 4, 2 и 3 штуки. Это обстоятельство я посчитал упоминать в заказе излишним, и производитель решил, что коллекторы будут расположены в один ряд, что послужило причиной недостатка в соединительных фитингах.

При монтаже хотелось все сделать надежно, избежав «подводных камней» при эксплуатации. Приходилось продумывать каждую мелочь. Впрочем, сейчас, глядя с высоты опыта,  я бы задумался: стоит ли размещать коллекторы на крыше? Их довольно неудобно очищать от снега.

Зима 2009-2010 выдалась снежной и вылазки на скользкую крышу можно смело записать в подвиг. Для этой цели больше подходит внутренняя сторона забора, если она ни чем не затенена, хотя есть риск повреждения коллекторов от детского вандализма. Кроме того, рекомендуется устанавливать угол наклона в соответствии с географической широтой, плюс 15 градусов для зимних условий. Для зимы во Владивостоке, идеальный угол максимальной. Летом положение коллекторов нужно изменить на более «лежачее»: угол географической широты минус 15 градусов, но это для гурманов. Производимого тепла для получения горячей воды и так будет в избытке.

Собранная котельная привлекает необычным дизайном и чистотой.

К баку накопителю были подключены магистрали отопления системы «теплый пол». Количество теплоносителя, с учетом того, что находится в полах первого и второго этажей, роль которого выполняет антифриз, составляет 1200 литров,. Давление в системе около 2 кг/см² , в зависимости от температуры. Избыточное давление компенсируется гидроаккумулятором красного цвета. Расчетная температура теплоносителя – 50 ^оС, но проектировщики «Теплопола» немного перемудрили: уже при сорока трех становится жарковато. Впрочем, это – приятная инженерная ошибка.

Сквозь бак, снизу доверху проходит спиральный теплообменник для горячей воды. На выходе установлен смесительный клапан, позволяющий регулировать температуру.

Два шланга солнечного контура легко определить по черному корпусу насосной станции. Это термоизоляция, которую я едва не выкинул, посчитав упаковочным материалом. Не знаю, что бы я потом делал, если температура насоса переваливает за сотню градусов.

Если температура в нижней части бака становится выше 60 ^оС, контроллер прекращает нагрев, приостанавливая циркуляцию. При нагреве теплоносителя в коллекторе выше 130 ^оС, циркуляция так же останавливается, так как при этой температуре начинается парообразование. Белый гидроаккумулятор компенсирует избыточное давление в солнечном контуре. Если он не справляется и давление превышает 6,3 кг/см² , срабатывает аварийный клапан и избыток давления стравливается в емкость. В моем случае это – канистра из-под антифриза. Максимальная температура, до которой нагрелся коллектор в декабре из-за отключения питания насоса, составила 149 ^оС. После подачи питания на насос, контроллер не позволил перегретому теплоносителю попасть в бак, а проталкивал антифриз порциями, для того, что бы он успел немного охладится в шлангах.

Лишь после 16 часов, когда солнце стало клониться к горизонту, работа насоса возобновилась. Во время подобного отключения в марте, температура возросла уже до 174 ^оС. Теплоноситель закипел, давление в системе возросло до 4 кг/см² , но было скомпенсировано гидроаккумулятором. После остывания ниже 130 ^оС, работа возобновилась.

Расчетная температура нагрева коллектора при отсутствии циркуляции – 310 ^оС.

Совсем забыл упомянуть, что в условиях отсутствия электричества, надо было как-то решить проблему питания контроллера, насоса солнечного контура и трех насосов отопления. Потребляют они не много, всего около 10 ампер. Пришлось покупать четыре двухсотваттные солнечные панели для зарядки аккумуляторов.

Затем преобразовывать инвертором 24 вольта постоянного тока в 220 переменного. Кстати, опять к вопросу о китайском качестве: заявленные 200 ватт / 8 ампер они и близко не выдают. Других взять попросту негде. Заказывать из Москвы не рискнул.

Там тот же Китай, но это выясняется лишь после прочтения накладной, как это было с «английскими» гелевыми аккумуляторами от компании «Инверта», которые держат заряд еще хуже, чем старые японские кислотные стартерные батареи, снятые при замене с крана TADANO.

Регулятор заряда батарей тоже китайский. Сдается мне, часть функций у него чисто декоративная.

*Назначение странных труб и штуковин:*

1. Входная труба солнечного контура (из коллектора в бак)

2.Выходная труба солнечного контура (из бака в коллектор)

3. Насосная станция с термометрами и манометром

4. Контроллер

5. Подача горячего теплоносителя в контур отопления

6. Обратная труба контура отопления

7. Насос контура отопления

8. Вход холодной воды для ГВС

9. Термосмесительный клапан

10.Встроенный ТЭН 6 кВт

11.Реле включения ТЭНа

12.Расширительный бак солнечного контура

13.Выход горячей воды для ГВС

Монтаж системы был закончен во второй половине ноября, так как при попытках сделать это раньше обнаружилось, что нагретая на солнце битумная черепица портится от хождения по ней. К этому времени температура воздуха упала ниже нуля и дом промерз. К тому же, установка окон в доме была только что завершена. При запуске системы выяснилось, что коллекторы добросовестно нагревают тонну антифриза в баке до 27 ^оС.  На снимке ниже видно, что входящий теплоноситель из бака в коллектор имеет температуру 50 ^оС, а после передачи тепла – всего 30 ^оС.

После включения циркуляционных насосов отопления, теплоноситель устремлялся в промороженные полы и возвращался оттуда еле теплый. Думаю, начни я отопительный сезон в октябре, позволив контуру отопления и дому как следует прогреться, картина была бы повеселей. К тому же, еще не была установлена тамбурная дверь, а от входной двери ощутимо несло холодом, не говоря уж о криворуких строителях из ООО «Русский дом», которые тоже оставили пару-тройку мест, откуда неприятно дуло. Температура коллектора в солнечный день колебалась в пределах 50-60 градусов, однако слишком короткая продолжительность светового дня в декабре, не давала коллектору нагреть бак до необходимой температуры. Еще этот день зимнего солнцестояния (так и хочется назвать его другим словом), когда день совсем короткий. Фактически, коллектор грел бак с 11 до 15 часов. После 16 часов, кривая температуры шла резко вниз. «Обратка» отопления приходила с температурой 6-7 ^оС. Температура в помещении днем не поднималась выше 10-12 градусов, а ночью падала до 6. Стоит упомянуть, что во время сильного декабрьского снегопада, когда Владивосток две недели простоял в пробках, коллектор не чистили от снега несколько дней и он, естественно, не работал. Под новый год коллекторы снова засыпало снегом. Температура в баке упала до + 3. За это время успела насквозь промерзнуть пятилитровая бутыль с водой на полу в прихожей, а так же разморозились и лопнули два водопроводных фильтра. На «теплом полу» у камина стыли ноги. Впрочем, без коллекторов, температура воздуха в доме была бы до минус 20.

Под Новый Год случилось чудо: 31 декабря меня подключили к электроэнергии и «началась в селе другая жизнь». Встроенный шестикиловаттный ТЭН, кряхтя, стал поднимать температуру в баке, но даже его круглосуточная работа за несколько дней позволила поднять температуру тонны антифриза лишь до 28 градусов. После этого росттемпературы остановился. Температура в доме поднялась до 15 ^оС.

Отогревшись, я залез на крышу и очистил коллекторы от снега. Добавочные 13 кВт подняли температуру до 32 ^оС и поднимали её с каждым днем все выше и выше.

*Показания контроллера на снимке (сверху вниз):*

Температура коллектора  — 56 ^оС

Температура на дне бака — 21 ^оС

Температура в середине бака — 32 ^оС

Температура «обратки» отопления — 26 ^оС

Фактическая температура теплоносителя на выходе из верхней части бака – 43 ^оС. Это показания термометра «теплого пола». Почему-то, термодатчики должны быть установлены только на дне и в середине бака. На их показаниях строится работа контроллера. Температура вверху бака не регистрируется, но её можно ощутить, взявшись рукой за кран трубы отопления. Субъективно, она гораздо выше температуры в середине бака.

Затем, продолжительность дня начала расти и в начале февраля стало жарко. Днем, температура воздуха в помещении поднималась до 30 ^оС.

Пришлось отрегулировать термостат контура отопления на 35 градусов.

Затем была отрегулирована температура включения ТЭНа. Сейчас он включается при падении температуры в середине бака до 36^о С и выключается при нагреве до 42 ^оС. С такими настройками, на графике работы ТЭНа было видно, что он включается несколько раз за ночь, начиная с 21 часа. До этого времени, отоплению хватает, накопленного за день, тепла.

Интересно, что во время апрельского дождя, в условиях низкой облачности, при температуре воздуха +7 ^оС, коллекторы нагрелись до температуры 41 ^оС.

Первого мая стало совсем жарко и циркуляционные насосы отопления были отключены. Без расхода тепла, температура в баке за день поднялась до 68 ^оС.  Сегодня, 4 мая 2010 г., коллектор нагревался до 103 ^оС, температура на дне бака — 58 ^оС, в середине бака – 80 ^оС. В верхней части бака должно быть свыше 90 ^оС. Горячая вода именно такой температуры польется из крана, если не поставить смесительный клапан.

В январе было израсходовано 6110 кВт электроэнергии, в феврале – 4760 кВт, в марте – 3 830 кВт, в апреле – 2150 кВт. Цифры отражают не совсем «чистое» потребление на отопление. Все это время в доме идет отделка и работают электроинструменты, но общее представление об экономии и затратах на отопление они дают.

Все вышеперечисленное позволяет сделать вывод, что система солнечного отопления с вакуумными коллекторами и термотрубками достаточно эффективна и успешно работает как поддержка основному отоплению с середины ноября по середину февраля. С середины февраля до мая и, полагаю, в октябре — первой половине ноября, система вырабатывает достаточно тепла для отопления самостоятельно. Использовать солнечную котельную для нужд ГВС можно всю зиму.

Продолжение отчета о работе системы в летний период будет опубликовано  здесь.

♦  Рубрика: Новости, Просто о жизни.
♥  Метки: солнечная котельная > солнечная энергетика > солнечный вукуумный коллектор