В связи с активным ростом тарифов на энергоносители в Украине в последние годы, растёт также интерес и к различным альтернативным источникам энергии. Наиболее доступный и очевидный на данный момент источник — это энергия солнца. Для частного дома самыми востребованными являются системы нагрева воды на основе солнечных коллекторов. Принцип работы такой системы заключается в сборе солнечного тепла и его передаче посредством жидкого теплоносителя на водяной контур, к которому подключены внутренние потребители тепловой энергии.

Сбор тепла осуществляется на специальном плоском коллекторе, который представляет из себя прямоугольную конструкцию с расположенными в ней трубами. Трубы соединяются в единый контур, по которому циркулирует жидкий незамерзающий теплоноситель. Принудительная циркуляция обеспечивается насосной группой, которая прокачивает воду от коллектора до бойлера косвенного нагрева. В бойлере теплоноситель проходит по системе труб, которая выполняет функции теплообменника. Через него тепловая энергия передаётся на воду внутри резервуара.

Таким образом мы получаем бак с большим количеством нагретой воды в нём. Процесс использования аккумулированной в нём тепловой энергии также прост. Внутри бака размещается дополнительный теплообменник, он в свою очередь подключается к потребителю. В этом втором контуре циркулирует охлаждённая вода, которая в процессе движения по теплообменнику нагревается и поступает к потребителю уже в нагретом виде. Как правило, наиболее распространённым вариантом использования такой схемы является система горячего водоснабжения (ГВС).

Коллектор или солнечные панели?

Нередко в качестве альтернативы солнечному коллектору рассматриваются плоские солнечные панели (солнечные батареи), которые также обычно устанавливаются на крыше частного дома. Каждое из этих устройств преобразования энергии солнца имеет свои преимущества и недостатки, а принцип их работы в корне различен. Коллектор просто нагревает теплоноситель внутри замкнутого контура из труб за счёт непосредственного нагрева своей поверхности. В дальнейшем можно использовать только тепловую энергию нагретой жидкости, что ограничивает сферу применения данной системы.

Солнечные панели устроены более сложно, они состоят из кремниевых пластин, которые специальным образом преобразуют световой поток, идущий от солнца, в электрическую энергию. Эта энергия запасается в аккумуляторных батареях и может быть использована для широкого спектра потребностей. На первый взгляд, использование солнечных батарей более оправдано, но на практике, для целей нагрева воды, применение коллекторов показывает в среднем в 6-8 раз большую эффективность.

Во-первых, солнечные панели в связи со сложностью изготовления обходятся вдвое дороже. КПД батарей в 4 раза ниже, поэтому для получения одинакового количества тепла, площадь панелей должна быть в 4 раза большей, в сравнении с площадью коллекторов. Эти два фактора делают кремниевые батареи достаточно редким решением. Если учитывать относительно низкую интенсивность поступления солнечного света на большей части территории Украины, площади крыши частного дома может оказаться просто недостаточно даже для обеспечения минимальных нужд системы горячего водоснабжения (ГВС).

Как работает система с коллектором и бойлером?

Как уже было сказано ранее, коллектор нагревает теплоноситель за счёт солнечной энергии, а выполняет функции накопления и передачи тепла на контур потребителя. Для полноценного функционирования данной системы требуется ещё несколько важных элементов, от которых зависит стабильность её работы, а также лёгкость управления и автоматизация регулировки.

За автоматизацию движения теплоносителя внутри гидравлического контура отвечает специальный контроллер. На него поступают сигналы с температурных датчиков в различных точках трубопровода и на основе этих показателей контроллер регулирует активность элементов насосной группы. Когда контроллер фиксирует достаточную разницу температур между водой в бойлере и теплоносителем на коллекторе, он посылает сигнал включения насоса. Жидкость в системе приводится в движение, в результате чего она через трубчатый теплообменник начинает активно отдавать тепло в бак.

В таких замкнутых системах неизбежно возникают ситуации с перегревом теплоносителя, так как коллектор настроен на максимальное поглощение тепловой энергии, а в жаркие летние дни её может поступать с большим избытком. Для предотвращения аварийных ситуаций, контур обязательно снабжается расширительным баком, в котором присутствует клапан для сброса пара при превышении максимального показателя давления.

Роль бойлера косвенного нагрева

С точки зрения эффективности и долговечности работы коллекторной системы нагрева воды определяющую роль играет качество бойлера косвенного нагрева. В связи с тем, что контур постоянно работает в жидкостной среде, в которой происходят регулярные температурные колебания, к материалам всех элементов системы предъявляются строгие требования. В случае с организацией контура горячего водоснабжения, внутренний трубчатый теплообменник должен в обязательном порядке соответствовать самым строгим санитарным нормам.

Бойлеры косвенного нагрева Термико снабжены змеевиком (теплообменником) из нержавеющей гофрированной стали, внутренняя поверхность бойлера покрыта высокотемпературной пищевой эмалью. Данный материал способен в течение десятилетий обеспечивать надёжную защиту воды любой жёсткости от контакта с металлом змеевика, размещённого в бойлере. Свойства эмали придают ей высокую устойчивость к деформации под воздействием любых активных элементов, находящихся в воде, а также к значительным перепадам температуры.

В холодные зимние дни тепловой энергии коллектора как правило не хватает для полноценного обеспечения всех потребностей в горячем водоснабжении. Чтобы обеспечить систему стабильным напором горячей воды круглый год, в бойлерах косвенного нагрева Термико предусмотрен дополнительный трубчатый электронагреватель (ТЭН). Доступна также возможность размещения нескольких нагревательных элементов для увеличения общей мощности теплогенерации внутри ёмкости.

Экономическая целесообразность

Ответ на вопрос о скорости окупаемости такой системы напрямую связан с ценами на энергоносители и во многом зависит от стоимости всех её элементов. Среднее количество горячей воды, которое потребляет один житель частного дома составляет 50-60 л в день. В месяц это составит примерно 1,5-2,0 м³ жидкости. Для нагрева такого объёма воды из скважины со средней температурой 10°С до необходимых 50°С потребуется затратить около 90 кВт энергии. Если пересчитать данный показатель на семью, допустим, из 4-х человек, то выйдет 360 кВт в месяц.

Стоимость оборудования такой производительности с установкой на сегодняшний день составляет в среднем 2,500 долларов или около 72 000 грн. Максимальная отдача от системы может составить до 2600 кВт*ч. По текущему дневному тарифу за электроэнергию 90 коп./кВт*ч годовая экономия будет на уровне 2 340 грн. Для подсчёта количества лет окупаемости системы остаётся разделить её стоимость на годовую выгоду от эксплуатации: 72000 / 2340 = 30,8. Данная цифра справедлива для наиболее оптимальных условий работы комплекса и не учитывает затраты на расходники и периодическое техобслуживание системы.

Как видно из приведённых выше цифр, сложно говорить о высокой экономической оправданности внедрения данного вида систем. Однако, у такого решения есть другие очевидные плюсы — это высокая степень автономности горячего водоснабжения. Минимальная зависимость от изменения стоимости энергоносителей, а также возможность получить частичную компенсацию стоимости установки оборудования в некоторых регионах Украины.

Кроме того, следует учитывать, что более мощные системы обходятся лишь немногим дороже и с экономической точки зрения гораздо выгоднее устанавливать коллекторы с большей производительностью. В частном доме они смогут обеспечивать не только нужды ГВС, но и частично потребности системы отопления в межсезонье. А на промышленных объектах с большим количеством потребляемой горячей воды в тёплое время года, высокопроизводительная коллекторная система окупиться в несколько раз быстрее.