Что такое гелиосистема?

 Гелиосистемы | Солнечная энергия

Термин “гелиосистема” приобретают актуальность во всем Мире в связи с постоянно растущими ценами на энергоносители и экологически неблагоприятной ситуацией. Проблемы энергосбережения становятся все более острыми. Всё это заставляет задуматься над более экологически чистыми и эффективными способами добычи энергии. Поэтому многие передовые компании всерьёз обратили внимание на Солнце как источник энергии.

Каждые две недели Солнце отдает Земле такое количество энергии, которое потребляют все жители нашей планеты в течение всего года. Нам остается только научится использовать это благо с максимальной выгодой для человечества. Одним из таких способов и является гелиосистема.

Понятие гелиосистема очень обширно. По сути, гелиосистемами называют любую установку, которая преобразовывает солнечную энергию в любой другой тип энергии. Это может быть и большая электростанция и всем известная «солнечная кухня».

  • Солнечная тепловая станция
  • Солнечная электростанция
  • Солнечная кухня

Классификация гелиосистем по назначению

По назначению гелиосистемы можно классифицировать:

  • гелиосистема для теплоснабжения (система солнечного теплоснабжения);
  • гелиосистема, вырабатывающая электроэнергию (фотоэлектрическая система);
  • гелиосистема для охлаждения (система абсорбции и адсорбции).

Гелиосистема = система солнечного теплоснабжения

В 99% случаев под словом гелиосистема мы подразумеваем систему солнечного теплоснабжения. Поэтому о ней и пойдёт речь в этой статье.

Общий вид гелиосистемы в топочной

Гелиосистема является наиболее развитым, эффективным и востребованным способом преобразования энергии Солнца. В настоящий момент наиболее широко применяется для горячего водоснабжения и поддержки отопления в основном частных жилых домов, гостиниц и пансионатов. Так же гелиосистема эффективно работает в технологических процессах промышленности и производства. Существует классификация гелиосистем по конструкции и по способу применения.

По способу применения гелиосистемы подразделяются:

  • горячее водоснабжение;
  • поддержка отопления;
  • нагрев бассейна.

Гелиосистема может быть комбинированной и выполнят по две функции или сразу все три функции.

Так же все системы солнечного теплоснабжения можно разделить по типу циркуляции теплоносителя:

  • системы с естественной циркуляцией (термосифонные);
  • системы с принудительной циркуляцией.

Гелиосистема: принцип работы и обзор компонентов

Рассмотрим более подробно принцип работы и состав гелиосистемы для горячего водоснабжения, используемые в бытовом секторе.

 

Гелиосистема включает в себя следующие основные компоненты:

  • солнечные коллекторы;
  • насосный модуль с группой безопасности;
  • контроллер;
  • бак-аккумулятор (водяной);
  • дублирующий источник энергии (котёл).

Солнечные коллекторы

Плоские или трубчатые вакуумные коллекторы преобразуют энергию излучения Солнца в тепло, которое мы используем для нагрева воды, для подогрева бассейна и для поддержки отопления дома. Коллекторы имеют высокую эффективность преобразования тепла даже в пасмурную погоду благодаря высокоселективному покрытию, нанесённому на абсорбер.

Подробнее о типах солнечных коллекторов читайте в статье: Типы солнечных коллекторов.

Коллекторы нагревают воду или теплоноситель, состоящий из гликолево-водной смеси. Теплоноситель, циркулируя по трубам (гелиоконтуру) передаёт тепло в бак-аккумулятор.

Трубы гелиоконтура

Для обеспечения циркуляции теплоносителя в гелиосистеме используются трубы с стойкие к высоким температурам, т. к. в процессе эксплуатации рабочие температуры могут достигать 100-120 °C. Кроме того, возможны режимы стагнации, при которых температура в солнечных коллекторах достигает 180-220 °C.

Наиболее распространённый материал для труб – медь. Часто так же используют сталь. Для снижения теплопотерь трубы обязательно должны быть изолированы термостойкой теплоизоляцией по всей длине. Наиболее подходящий вариант изоляции – вспененный каучук. Для дополнительной защиты на открытых участках трубу необходимо защитить ультрафиолетостойким кожухом.

Насосная группа для обеспечения циркуляции

Насосная группа состоит из собранных на заводе элементов монтажного оборудования, размещенных в теплоизолированном корпусе, готовых к подключению.

Компоненты насосной группы

Насосная группа включает в себя следующие компоненты:

Циркуляционный насос — обеспечивает перекачку теплоносителя по всему гидравлическому контуру в системе.

Циферблатный термометр – для визуального контроля температуры теплоносителя, поступающего в теплообменник и температуры теплоносителя обратной линии, подаваемого в солнечные коллекторы.

Обратный клапан — предотвращает обратный поток гликолевой смеси.

Воздухоотводчик — удаляет воздух из установки при заправке системы.

Воздух в системе приводит к снижению теплопроводящих свойств теплоносителя, вызывает коррозию и может вывести из строя систему при образовании большой воздушной пробки.

Чтобы гелиосистема работала с оптимальной эффективностью, необходимо тщательно удалить воздух из гелиоконтура. Для первичного удаления воздуха используется воздухоотводчик расположенный в самой высокой точке системы возле солнечных коллекторов.

Пример установки воздухоотводчика возле коллекторов

После чего этот воздухоотводчик перекрывают для избежание утечки парообразного теплоносителя в режиме стагнации. Однако пузырьки воздуха могут появляться еще долгое время после первого запуска. Они образовываются там, где выше температура, в зоне горячей гликолевой смеси. Поэтому дополнительный автоматический воздухоотводчик монтируется на линии подачи в бак-аккумулятор.

В последнее время, все чаще для обезвоздушивания применяются сепараторы воздуха, которые быстро и надёжно удаляют воздух из гелиосистемы. Установка сепаратора приводит к удорожанию, однако избавит пользователя от вероятного приглашения сервисного специалиста для устранения поломок и перезаправки теплоносителя.

Сепаратор воздуха в контуре гелиосистемы

Ротометр — используется для установки и контроля правильного расхода теплоносителя через коллекторы. Ротометры (расходомеры) могут быть различными по конструкции, но у них всегда есть колба со шкалой, по которой осуществляется визуальный контроль расхода.

Группа безопасности, в состав которой входят клапан сброса давления и манометр для визуального контроля давления в системе. Так же к группе безопасности подключается расширительный бак для компенсации чрезмерного давления возникающее при перегреве системы. Максимальное давление не должно превышать 6 бар. Если давление в системе становится слишком высоким, клапан открывается и выпускает часть гликолевой смеси из гелиосистемы, стабилизируя давление.

Бак-аккумулятор

Гелиосистема обычно оснащена баком-аккумулятором тепловой энергии. Как правило это цилиндрическая ёмкость с водой которая служит для запаса тепловой энергии.

Одной из особенностей работы гелиосистемы является то, что солнечные коллекторы генерируют тепло на протяжении всего светового дня, в отличии от котла, который за короткий промежуток времени может обеспечить потребителя теплом. При этом потребление тепловой энергии не совпадает с пиковой выработкой гелиосистемы.

Чтобы обеспечить хорошую производительность и стабильную работу гелиосистемы, объем бака следует выбирать исходя из ожидаемого суточного потребления горячей воды. Для гелиосистем, работающих на отопление, алгоритм выбора объема бака зависит от площади гелиополя, чтобы накопить больше тепла.

Подробнее о баках-аккумуляторах читайте в статье: аккумулирование солнечной энергии.

Контроллер гелиосистемы

Контроллер обеспечивает эффективное и максимальное использование солнечного тепла. С помощью датчиков он измеряет температуру теплоносителя в коллекторах и температуру воды в баке-аккумуляторе для горячей воды или отопления и регулирует подачу теплоносителя исходя из собранных данных.

Например, если температура воды в баке составляет 20 °C, а температура в коллекторах составляет 28 °C или более (разница температуры> 8 °C), контроллер активирует насос. Если разница температур небольшая, примерно 4 °C или ниже — контроллер выключит циркуляционный насос (например, температура в коллекторе 55 ᵒC, температура бака ГВС: 51 °C — разница температур: 4 °C).

Алгоритм работы контроллера гелиосистемы

Контроллер также имеет другие функции, которые, например, защищают установку от перегрева, позволяют отводить избыточное тепло из бака или оптимизируют работу насоса. К тому же многие современные контроллеры имеют функцию онлайн мониторинга и подсчёта сэкономленного тепла.

Ссылка на основную публикацию