Вакуумный или плоский коллектор: что брать в средней полосе

Пару лет назад ко мне приехал владелец дачи. Поставил плоский коллектор на 2 кв. метра, бак на 100 литров с одним змеевиком. Летом счастье - вода горячая, можно не включать ТЭН неделями. Но в середине октября нагрев упал в ноль, а бак остывал за ночь. Он думал, что коллектор будет работать круглый год. Пришлось объяснять физику: когда солнца мало, а разница температур между водой и воздухом велика, плоский коллектор превращается в радиатор и сам стынет.

Что вообще такое солнечный коллектор и зачем он нужен, если есть электричество

Солнечный коллектор - это устройство, которое превращает солнечное излучение прямо в тепло. Не в электричество. Внутри него течёт не вода, а незамерзающий теплоноситель - пропиленгликоль. Он нагревается в коллекторе, насос гонит его вниз, в бак, где через змеевик тепло отдаётся воде. Вода из бака идёт в ваш кран. Контуры разделены намертво. Многие путают коллектор с фотоэлектрической панелью. Панель даёт электричество, его КПД по теплу примерно 18-22%. Потом это электричество греет воду через ТЭН. Итог: на квадратный метр панели вы получаете в 3-4 раза меньше горячей воды, чем с коллектора. Панели хороши, когда нужно и светить, и насос качать, и телевизор крутить. Для одного только нагрева воды коллектор выигрывает по площади крыши в разы.

Плоский коллектор: за что платим и где теряем

Плоский коллектор - это абсорбер (металлический лист с каналами для теплоносителя) под закалённым стеклом, упакованный в утеплённый короб. Конструкция простая, как лом. Поэтому он дешевле вакуумного примерно в полтора-два раза. Бытовую систему под семью из четырёх человек с монтажом можно уложить в 150-200 тысяч рублей. Летом, когда на улице плюс двадцать пять, а вода в баке прохладная, плоский коллектор работает отлично. Теплопотери через стекло и корпус невелики, потому что разница температур между теплоносителем (пусть 50 градусов) и воздухом (25 градусов) всего 25 градусов. КПД летом у плоского выше, чем у вакуумного - порядка 70-80%. Зимой всё ломается. На улице минус десять, коллектор должен греть теплоноситель до 40-50 градусов. Разница температур 50-60 градусов, и теплопотери через стекло и корпус начинают съедать выработку. Инсоляция зимой падает не меньше чем в пять раз, световой день короче вдвое. В итоге в декабре-январе плоский коллектор может не выдать и 10% от летней мощности. Снег с плоского сходит хорошо. Стекло нагревается, и снежная шапка сползает за час-другой после восхода солнца. Важный плюс для средней полосы.

Вакуумный трубчатый коллектор: как вакуум помогает морозным утром

Вакуумный коллектор - это набор стеклянных трубок, из которых откачан воздух. Внутри каждой трубки свой абсорбер. Вакуум почти полностью убирает теплопотери: конвекция и теплопроводность в нём отсутствуют. Поэтому, даже когда на улице минус двадцать, а солнце неяркое, трубка может нагреть теплоноситель до приличной температуры. Современные модели заявляют работу до минус 35 градусов. Осенью и весной, когда солнце есть, но воздух уже холодный, вакуумный коллектор даёт ощутимо больше, чем плоский. По моим замерам на объектах, реальная разница в межсезонье составляет 30-50% в пользу вакуумного. Зимой она ещё выше - вакуумный может выдать в два раза больше тепла на той же площади. Минусов у него хватает. Главный - цена. Система на вакуумных трубках выходит на 30-50% дороже плоской. Стеклянные трубки бьются. От града, от удара веткой, от неудачного шага по крыше. Одна трубка стоит 1-2 тысячи рублей, замена несложная, сам коллектор не теряет герметичности, но это головная боль. Снег с вакуумных трубок сходит плохо. Наружная поверхность трубки остаётся холодной, потому что вакуум не даёт теплу уходить наружу. Снег лежит пушистым одеялом, пока его не сдует ветер или не сгонит солнце, нагревающее стёкла соседних трубок. Если зима снежная, эффективность вакуумного коллектора падает, пока вы его не почистите.

Таблица: плоский против вакуумного в средней полосе

Годовой баланс в средней полосе выглядит так: летом оба коллектора дают воду с избытком, зато осенью, весной и в пасмурные дни вакуумный вытаскивает систему, когда плоский стоит «в нуле». Зимой оба - только подспорье для ТЭНа, но вакуумный хотя бы что-то даёт.

Пошаговая схема: как собрать гелиосистему, которая будет работать

1. Выбираете коллектор под задачу

   Если дом только для лета и дачного сезона с мая по сентябрь - берите плоский. Он дешевле и долговечнее, а летом даже эффективнее. Если дом жилой круглый год и вы хотите экономить на газу или электричестве даже в октябре и марте - смотрите на вакуумный.

2. Ставите бак с двумя змеевиками и местом под ТЭН

   Бак косвенного нагрева нужен с двумя змеевиками. Нижний - от коллектора, верхний - от котла. И обязательно гнездо под электрический ТЭН. Нижний змеевик у дна бака: коллектор греет самую холодную воду, отдача тепла максимальна.

3. Монтируете контур с насосом и расширительным баком

   Циркуляционный насос гонит незамерзайку через коллектор. Расширительный бак обязателен - при стагнации, когда бак уже горячий, а солнце продолжает греть, теплоноситель расширяется и может порвать контур. Объём бака считается по объёму всей системы.

4. Заливаете пропиленгликоль, настраиваете контроллер

   В контуре только пропиленгликоль, не вода и не автомобильный этиленгликоль. Контроллер включает насос, когда температура в коллекторе выше, чем в баке на 5-7 градусов, и выключает, когда разница падает до 2-3. Так система не гоняет тепло по кругу и не остужает бак ночью.

5. Ставите ТЭН на догрев

   ТЭН врезаете в штатное гнездо бака. Его задача - догревать воду до 60-65 градусов, когда солнца нет несколько дней, и раз в неделю запускать антилегионеллёзный цикл до 70 градусов. Без ТЭНа система небезопасна - при 40 градусах в баке легионелла чувствует себя отлично.

Чеклист для принятия решения: плоский или вакуумный

Стагнация: почему коллектор может «закипеть» и как этого не допустить

Стагнация - режим, когда бак уже нагрет до заданной температуры (скажем, 60 градусов), а солнце палит дальше. Отбирать тепло некуда, и коллектор начинает греться сам. В плоском коллекторе температура поднимается до 150-180 градусов, в вакуумном - до 200 и выше. Защита от стагнации - это правильный подбор объёма расширительного бака, дренбэк-схема (когда в стагнации насос отключается и теплоноситель самотеком сливается обратно в расширительный бак, оставляя коллектор пустым) или автоматическое затенение. Самое простое - увеличить бак-аккумулятор, чтобы ему было куда девать тепло.

Почему ТЭН всё равно нужен, даже если коллектор «покрывает всё»

ТЭН в баке - не костыль, а обязательный компонент безопасности. СанПиН требует 60-75 градусов в точке водоразбора. Легионелла размножается при 20-45 градусах и погибает при 60 градусах за 20 минут. Если солнце нагрело бак до 40-45, это инкубатор для бактерий. ТЭН догревает до 65-70 хотя бы раз в неделю. Хороший ТЭН для гелиобака ставится под фланец или в резьбовое гнездо. Мощность обычно от 1,5 до 3 кВт. Работает он мало - в солнечные часы выключен, включается только когда солнца нет. Но без него система не автономна и не безопасна. Мы делаем ТЭНы из нержавейки, меди или титана, под любую длину и мощность - от 280 до 600 мм, резьбы G1/2, G3/4, дюйм.

Реалистичный расчёт: сколько вы на самом деле сэкономите

Ориентир: 1 кв. метр коллектора при ярком солнце поднимает около 16 литров воды на 30 градусов за час. Это идеальные условия, в реальности цифра меньше. Нагреть 100 литров воды на 40 градусов - это 4,65 кВт*ч. Летом в солнечный день вы эту энергию получаете с 2-3 квадратных метров коллектора за пару-тройку часов. Зимой на те же 4,65 кВт*ч уйдёт целый день, если вообще хватит света. Система на семью из 4 человек (бак 200 литров, коллектор 4-5 кв.м) в средней полосе окупается за 7-10 лет при замещении электрического нагрева. Если у вас газ, срок окупаемости растёт до 15 лет, потому что газ дешевле электричества в разы.

• Солнечный коллектор для бойлера: как это собирается
• Солнечный коллектор зимой: честные цифры

Частые вопросы