Вопросы и ответы о солнечных коллекторах

Да — солнечные коллекторы представляют собой зрелую технологию: в мире установлено более 500 ГВт тепловой мощности (IEA SHC). Бытовая система, как правило, обеспечивает 50–60% годовой потребности домохозяйства Северной Европы в горячей воде и 70–90% в Южной Европе и Средиземноморье, а остальное покрывает котел или ТЭН. Эффективность измеряется по [ISO 9806](knowledge/glossary/iso-9806) и сертифицируется по [Solar Keymark](knowledge/glossary/solar-keymark), поэтому заявленная выработка сопоставима у разных производителей.

В ясный день поле площадью 4 м² около полудня дает примерно 2 кВт полезного тепла, что нагревает бойлер на 200 л примерно на 30 °C за три-четыре часа. Небольшие термосифонные системы в солнечном климате обычно достигают пригодной для использования температуры к концу утра. В слабом зимнем солнце то же поле может поднять температуру накопителя всего на 5–15 °C за целый день, поэтому в системе всегда сохраняется резервный источник тепла.

Да, но с меньшей отдачей. Коллекторы используют как рассеянное, так и прямое излучение, и в пасмурный день интенсивность падает примерно до 100–300 Вт/м² против около 1 000 Вт/м² в ясный полдень, — то есть вы получаете долю от выработки солнечного дня, а не ноль. Чтобы включился резервный нагреватель, обычно нужно два-три пасмурных дня подряд, а не несколько облачных часов после полудня.

Да. Ни одна бытовая солнечная система не рассчитывается на покрытие 100% потребности в горячей воде круглый год, поскольку для этого пришлось бы устанавливать слишком большое поле, которое проводило бы лето в [стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature). Стандартное решение сохраняет существующий котел или ТЭН как резерв, подключенный к верхней части бойлера с двумя змеевиками, так что он лишь догревает воду до температуры, которой не достигло солнце.

Около 4–5 м² для типичной семейной системы в незатененном месте (Energy Saving Trust). Исходное правило — 1–1,5 м² [площади апертуры](knowledge/glossary/aperture-area) плоских коллекторов на человека или 0,8–1,2 м² вакуумных трубчатых. Кроме того, внутри здания нужно место для более крупного бойлера, совместимого с солнечной системой, — при модернизации реальным ограничением обычно становится не кровля, а бак.

Примерно 6–8 м² плоских коллекторов или 5–7 м² вакуумных трубчатых с накопителем около 350–450 л. Объем накопителя следует из двух проверок: 1,25–1,5 суточной потребности в горячей воде и 50–70 л на м² коллектора. Свыше примерно 500 л обычно лучше разделить объем между двумя емкостями, чем ставить один очень высокий бойлер.

Около 50 л на м² для плоских коллекторов и около 70 л на м² для вакуумных трубок, считая по [площади апертуры](knowledge/glossary/aperture-area), а не по габаритам панели. Слишком малый объем накопителя — именно то, что вводит поле в [стагнацию](knowledge/glossary/stagnation-temperature) во второй половине летнего дня.

Только если в бойлере уже есть свободный змеевик, расположенный низко в баке и предназначенный для солнечной системы. В стандартном бойлере с одним змеевиком солнечное тепло просто некуда передать, а нагрев от котлового змеевика в верхней части разрушает разность температур, необходимую коллекторам. Обычные решения — заменить его бойлером с двумя змеевиками для солнечной системы или добавить емкость предварительного подогрева на входе, чтобы водопроводная вода нагревалась до поступления в существующий бак.

Да, всеми тремя способами — монтаж на стене, на плоской кровле с балластом или на раме, а также на земле являются стандартными; компромисс касается выработки, а не осуществимости. Для сбалансированной годовой выработки коллектору нужен угол наклона примерно 30–45° на большей части Европы, близкий к широте места, поэтому по-настоящему горизонтальный коллектор обычно приподнимают на раме. При плоской установке хуже сходят дождь, пыль и снег, что дополнительно снижает выработку.

Накровельный или встроенный в кровлю коллектор добавляет примерно 20–30 кг/м², плюс 5–10 кг/м² на монтажную раму — сопоставимо с полем PV и в пределах несущей способности большинства исправных кровель. [Термосифонная система](knowledge/glossary/thermosiphon-system) — другой случай: заполненный кровельный бак на 200 л добавляет более 200 кг, сосредоточенных на малой площади, и требует проверки конструкции. Сплит-системы с бойлером внутри здания полностью снимают эту проблему.

Три вещи: незатененная площадь кровли или стены около 4–5 м², обращенная в любую сторону от востока через юг до запада; место для бойлера с отдельным солнечным змеевиком в нижней части бака; и трасса труб между ними. [Система с принудительной циркуляцией](knowledge/glossary/forced-circulation-system) также требует розетки электросети для насосной группы и контроллера. Существующий бойлер с одним змеевиком, как правило, придется заменить моделью с двумя змеевиками.

Близкая к той, что была накануне вечером. Теплопотери современного бойлера на 300 л в режиме ожидания составляют около 2 кВт·ч за 24 часа — примерно 5–7 °C в сутки, — поэтому ночное снижение на 2–3 °C нормально. Потеря 10 °C и более за ночь указывает на неизолированные трубопроводы, неисправный [обратный клапан](knowledge/glossary/check-valve), из-за которого солнечный контур возвращает тепло обратно к коллектору, или гравитационный циркуляционный контур на стороне котла.

Да. Накопитель служит буфером: тепло, собранное днем, хранится в бойлере и расходуется вечером, теряя лишь пару градусов. Преимущественно вечернее потребление как раз хорошо подходит для солнечных коллекторов, потому что бак наиболее горячий в конце дня. Домохозяйствам с преобладающим утренним потреблением выгоднее накопитель большего объема или бак, рассчитанный на хорошую [температурную стратификацию](knowledge/glossary/stratification).

Не больше, чем в любой другой системе с накоплением воды. Солнечный бойлер ведет себя как любой бойлер: горячая вода уходит сверху, а холодная водопроводная поступает снизу, и хорошая [температурная стратификация](knowledge/glossary/stratification) сохраняет верхний слой горячим, пока не будет израсходовано примерно две трети бака. Солнечные системы нередко кажутся более щедрыми, потому что летом накопитель часто имеет температуру значительно выше 60 °C, на которые обычно настраивают котел.

Да — солнечный бойлер в ясный летний день может превысить 80 °C, а вода при 60 °C вызывает ожог за несколько секунд. Именно поэтому [термостатический смесительный клапан](knowledge/glossary/thermostatic-mixing-valve) требуется для солнечных систем в большинстве европейских норм; британский Approved Document G требует его везде, где запасенная вода может превысить 80 °C, и ограничивает температуру на выходах для ванн 48 °C. Выбирайте клапан, рассчитанный на работу с солнечной системой, потому что стандартные TMV не рассчитаны на температуру на входе 90–100 °C.

Любой системе с накоплением воды нужны два независимых уровня защиты: рабочий термостат плюс отдельный ограничительный термостат с ручным сбросом, отключающий питание ТЭНа, — а на выходах как последний рубеж защиты стоит [термостатический смесительный клапан](knowledge/glossary/thermostatic-mixing-valve). В солнечных системах и системах с PV-контроллером излишков контроллер также должен иметь настройку максимальной температуры накопителя, как правило 60–75 °C, которая останавливает насос или контроллер излишков. ТЭН с одним термостатом и без ограничителя — классическая причина «вскипевшего» бойлера.

Визуальный осмотр раз в год — давление в системе, работа насоса, показания контроллера и любые признаки протечек — плюс полное обслуживание каждые пять лет, когда теплоноситель проверяют или заменяют, а контур промывают (Energy Saving Trust). Хорошо обслуживаемые системы обычно служат 20–25 лет и более; Solimpeks проектирует свои коллекторы на срок службы 20–25 лет. Пропуск замены теплоносителя — самая частая причина преждевременного выхода из строя.

Два теста на отобранной пробе: рефрактометр, откалиброванный для [пропиленгликоля](knowledge/glossary/propylene-glycol), чтобы подтвердить концентрацию, обеспечивающую защиту от замерзания, и индикаторная полоска или измеритель pH. Исправный солнечный теплоноситель с ингибиторами имеет pH около 8–10; когда он опускается ниже примерно 7,5, ингибиторы коррозии исчерпаны, теплоноситель становится кислым и начинает разъедать медь и припой. Темно-коричневый или черный теплоноситель с запахом гари «сварился» при [стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature) и подлежит замене.

[Температура стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature) — равновесное значение, которого коллектор достигает без протока, — обычно составляет 150–200 °C для остекленного плоского коллектора и 250–300 °C для вакуумных трубок; измеряется по [ISO 9806](knowledge/glossary/iso-9806) при интенсивности излучения 1 000 Вт/м² и температуре окружающей среды 30 °C. В каждом паспорте указано конкретное значение. Весь солнечный контур, включая расширительный бак, изоляцию и уплотнения, должен быть рассчитан на него.

Если горячая вода не расходуется, накопитель достигает максимума, контроллер останавливает насос, и коллектор переходит в [стагнацию](knowledge/glossary/stagnation-temperature): теплоноситель испаряется из абсорбера в [расширительный бак](knowledge/glossary/expansion-vessel), а контур остается сухим и горячим, пока не остынет. Правильно подобранный расширительный бак делает это обычным и неопасным для системы событием; слишком малый сбрасывает теплоноситель через предохранительный клапан. Именно многократная стагнация быстрее всего разрушает гликоль.

Не в системе косвенного нагрева, а это европейский стандарт: контур коллектора — герметичный гликолевый контур, отделенный от питьевой воды змеевиком внутри бака, поэтому водопроводная вода никогда не попадает в абсорбер. В системах прямого нагрева, где питьевая вода циркулирует через коллектор, в жесткой воде действительно образуется накипь — карбонат кальция выпадает быстрее всего выше примерно 60 °C и может забивать узкие трубки-стояки абсорбера. В районах с жесткой водой выбирайте систему косвенного нагрева.

С наклонного остекленного плоского коллектора снег обычно сходит за день-два, потому что стекло нагревается выше нуля даже при слабом солнце. Вакуумные трубки ведут себя наоборот: их изоляция настолько эффективна, что почти никакое тепло не достигает внешнего стекла, и снег может лежать на них днями. В снежных регионах это практический довод в пользу плоских коллекторов или более крутого наклона — 45° и более.

Нет. Темная поверхность абсорбера — это [селективное покрытие](knowledge/glossary/selective-coating), обычно напыленный слой с коэффициентом поглощения солнечного излучения около 95% и коэффициентом теплового излучения около 5%; обычная краска разрушает это соотношение, резко снижает выработку и обугливается при температуре [стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature). Наружный корпус и монтажную раму можно перекрасить; остекление и абсорбер — нельзя.

Это сильно зависит от климата. В средиземноморском климате и климате региона MENA солнечные системы обычно покрывают 50–70% зимней потребности в горячей воде; в Северной Европе — около 25% зимой против примерно 90% летом, что в среднем дает около половины годового объема (Energy Saving Trust). Зимний баланс обеспечивает резерв — котел, ТЭН или, в идеале, тепловой насос, заряжающий верхний змеевик того же бойлера. При высоких температурах подачи в холодную погоду вакуумные трубки теряют меньше тепла, тогда как при обычных температурах горячей воды плоские коллекторы остаются выгодным выбором.

Остекленный коллектор преобразует примерно 55–75% падающей на него солнечной энергии в полезное тепло при температурах горячей воды для ГВС — в несколько раз больше, чем электрический КПД 15–22% у PV-панели той же площади. Точное значение дает [кривая КПД коллектора](knowledge/glossary/collector-efficiency-curve) в сертификате Solar Keymark: оптический КПД (при нулевых потерях) хорошего плоского коллектора обычно составляет 0,75–0,83 и снижается по мере роста разности температур между коллектором и окружающей средой.

Это эмпирическое правило подбора для фотоэлектрики, а не для солнечных коллекторов: поле PV подбирают примерно на 20% выше измеренного потребления электроэнергии, чтобы учесть затенение, деградацию панелей и рост потребления. У солнечных коллекторов такого правила 20% нет — соответствующие правила: 1–1,5 м² коллектора на человека и около 50 л накопителя на м² коллектора. Если этот термин применяют к системе горячего водоснабжения, значит, совет просто перенесен из области PV.

Солнечные коллекторы для бассейнов, как правило, поддерживают воду на 4–7 °C выше температуры, которая была бы без них; на практике это продлевает купальный сезон на два-три месяца в умеренном климате, а не превращает неподогреваемый бассейн в тропический. Подбор ведется по площади зеркала воды: около 50% от нее в теплом климате, 75–100% — в более прохладном. Применяют неостекленные полимерные абсорберы, поскольку целевая температура — всего 26–28 °C.

Да — изолировать нужно всю подающую и обратную линии внутри и снаружи здания, причем наружным участкам нужна изоляция, стойкая к УФ-излучению и температуре и рассчитанная не менее чем на 150 °C, потому что обычная вспененная изоляция плавится при температуре [стагнации](knowledge/glossary/stagnation-temperature). Бытовые контуры обычно выполняют медью 15 мм или 18 мм либо гофрированной нержавеющей трубой DN16 для полей площадью до примерно 6 м². Расход устанавливают примерно 15–50 л/ч на м² коллектора — в зависимости от того, проектируется ли система с малым (low-flow) или с большим (high-flow) расходом.