Оптимальный угол наклона к горизонту при установке солнечного коллектора

Для наиболее эффективного использования солнечного излучения необходимо установить коллектор точно под прямым углом к направлению солнечных лучей. Однако Солнце постепенно движется, и в зависимости от сезона меняется его высота над горизонтом. Поэтому в идеальном случае коллектор следовало бы установить таким образом, чтобы он следовал за Солнцем и постоянно сохранял положение, перпендикулярное по отношению к падающим лучам. Устройство такого коллектора с системой слежения за Солнцем технически возможно, однако оно обошлось бы довольно дорого, поглотив большую часть сметных расходов на строительство дома. Практически такие коллекторы не изготавливают, они существуют только в экспериментальных вариантах.

В настоящее время при использовании коллекторов в солнечных домах их устанавливают неподвижно, в одном положении, выбирая определенный оптимальный угол наклона коллектора к горизонту в зависимости от назначения солнечной установки.

1-й случай: использование солнечного тепла исключительно для нужд горячего водоснабжения. Площадь тепловоспринимающей пластины коллектора малая - от 2 до 6 м², угол наклона к горизонту составляет 30-35°. При таком положении, когда угол наклона будет примерно соответствовать широте местности, коллектор в течение всего года будет получать большое количество тепла. При изменении угла наклона от 20 до 35° не наблюдается значительной разницы в теплопроизводительности в течение года, и если наклон крыши здания лежит в этих пределах, то ею вполне можно воспользоваться. Однако если у коллектора, используемого для горячего водоснабжения, площадь тепловоспринимающей пластины будет значительно больше (6-10 м²), то летом получатся излишки тепла. Если учесть, что максимальное потребление горячей воды приходится на зиму, целесообразно установить угол наклона коллектора 45-60°, что выгоднее для зимних условий, в результате чего можно повысить КПД коллектора в течение всего года.

2-й случай: использование солнечного тепла для отопления и горячего водоснабжения. Поскольку в зимний период тепловая нагрузка максимальна, целесообразно угол наклона коллектора установить в пределах 45-50°. Этот угол соответствует широте местности ±15°. В пределах диапазона ±15° существенных изменений в выработке тепла не наблюдается, и поэтому, если угол наклона крыши находится в таких границах, можно установить коллектор, не нарушая дизайна здания.

В северных широтах, где выпадает много снега, солнечный коллектор устанавливают под большим углом наклона к горизонту, т.е. более вертикально.

Представляют интерес выдвигаемые сейчас разработки проектов устройств, которые собирали бы отражаемые от снега лучи, что увеличивало бы выработку тепла.

3-й случай: использование солнечного тепла для систем теплохладоснабжения, а также горячего водоснабжения. Поскольку для систем охлаждения требуется наибольшее количество тепла, необходимо, ориентируясь на летний сезон, выбирать угол наклона коллектора к горизонту в пределах 20-25°. Оптимальный угол наклона соответствует "широте-10", а отклонения до +10° не приводят к существенной разнице в выработке тепла. Однако если принять во внимание, что при столь малом угле наклона на поверхности стекла коллектора собирается много грязи, что ухудшает условия работы коллектора, а зимой заметное падение теплопроизводительности, полагают, что целесообразнее фиксировать угол наклона коллектора в пределах 25-35°.

Рекомендуемый угол наклона при установке солнечного коллектора

а — использование тепла, вырабатываемого солнечным коллетором, для отопления и горячего водоснабжения;
б — использование тепла, вырабатываемого солнечным коллектором, для охлаждения, отопления и горячего водоснабжения; х — широта местности

В идеальном варианте коллектор ориентируют на юг, но, учитывая рельеф местности, условия застройки (соседние дома) и другие факторы, зависящие от окружающей коллектор среды, это требование не всегда возможно выполнить. Рекомендуются отклонения от южной ориентации в пределах до ±30°, чтобы выработка тепла не слишком отличалась от нормы.

Оптимальные углы наклона коллекторов к горизонту в зависимости от использования вырабатываемого тепла с учетом тепловоспринимающей площади коллектора приведены в таблице.

Рекомендуемый угол наклона установки солнечных коллекторов с учетом площади тепловоспринимающих пластин
(Токио, жилой дом 1000—1200 м²)

Система		Рекомендуемый угол наклона, град.	Тепловоспринимающая площадь, м2
Горячее водоснабжение	стандартный нагреватель	30-35	Около 2
	высокоэффективный водонагреватель	20-45	2,5-4
	система горячего водоснабжения	30-60	4-6
Отопление и горячее водоснабжение	только система отопления	(широта +15)	15-20
	система отопления и горячего водоснабжения	±15	20-30
Теплохладоснабжение и горячее водоснабжение	абсорбционная система	(широта-10) +15	50—70

Очевидно, что угол наклона коллектора к горизонту меняется в зависимости от назначения солнечной установки или типа системы.