Система солнечного отопления частного дома своими руками. Солнечное отопление: насколько эффективно Отопление на солнечной энергии

20.06.2020

Использование энергии

Солнечные системы, в отличие от классических, совершенно экологичны. Они работают бесшумно и не занимают много места на участке. Технологии, основанные на солнечном тепле, становятся все более доступными и регулярно совершенствуются. Отапливать дом таким образом можно благодаря использованию солнечных коллекторов и батарей.

Подобные системы можно создать самостоятельно. Для этого потребуется :

грамотно подобрать место для установки;
рассчитать площадь оборудования;
вычислить его мощность.

Обустроенное солнечное отопление частного дома своими руками окупается в среднем за три года при условии постоянной эксплуатации. Если сделать все правильно, срок службы установки может составить 25 лет и больше. Кроме затрат на оборудование потребуется регулярно тратиться на управляющую электронику, амортизацию оборудования и работу циркуляционных насосов.

Преимущества и недостатки

Такой вид энергии имеет свои особенности, которые следует учитывать. Чтобы обустроить солнцем, нужно различать устройства, преобразующие солнечную энергию. В их числе:

Многие специалисты считают, что даже при установке оборудования для отопления с помощью солнца не стоит полностью отказываться от классической системы. Наиболее подходящий вариант - это система комбинированного типа. Если солнечной энергии будет хватать, то вторая система отопления может быть приостановлена на время. Она может потребоваться зимой, когда естественного источника может быть недостаточно, однако в любом случае можно сэкономить.

Солнечное отопление дома в январе

В числе преимуществ применения естественной энергии можно отметить:

безопасность и экологичность;
снижение расходов на отопление;
независимость от экономических реалий.

Но существует и ряд минусов. В частности, поступающее тепло зависит от региона проживания и погодных условий. Также потребуются крупные финансовые вложения для запуска систем, кроме этого, они нуждаются в регулярном обслуживании, что тоже не является бесплатным. Если был установлен жидкостный коллектор, который при низких температурах работать не может, тогда перед зимой жидкость нужно сливать.

Коллекторы для частных домов

Коллекторы в основном используются в теплое время года. Однако даже зимой такие установки могут быть полезны, поскольку они успешно заменяют бойлер и позволяют сэкономить на горячей воде. В холодное время года нагретый теплоноситель на участках можно применять в теплых полях, затем остатки тепла могут быть отправлены в геотермальный контур, что сократит мощность насоса.

Если нужно создать систему отопления от солнца своими руками, следует просчитать мощность коллектора. Если он будет предназначаться для бытовых нужд, то нужно учитывать следующее:

на один квадратный метр прибора приходится преимущественно 900 Вт;
для увеличения температуры воды требуется 1,16 Вт;
с учетом теплопотерь оборудования один квадратный метр может нагреть в течение часа до 10 литров жидкости.

Как работает солнечный коллектор ЗИМОЙ

Когда опыта в создании подобных конструкций нет, рекомендуется попробовать для начала сделать небольшой прибор для горячей воды. Если эксперимент будет успешным, то можно будет перейти к следующему шагу - обустройству полноценного солнечного отопления своими руками.

Наиболее простой коллектор изготавливается на основе металлических труб. Он является плоским. Для его сооружения нужно подготовить следующие инструменты:

поликарбонат или закаленное стекло;
аппарат для сварки;
доски из дерева;
стальной лист;
трубы на основе меди или нержавейки;
негорючий утеплитель;
матовая черная краска, устойчивая к воздействию высоких температур.

Чтобы конструкция полноценно работала, ее нужно правильно собрать. Алгоритм действий для этого применяется следующий:

Халявное отопление! Free energy generator ! - 1

Чтобы коллектор полноценно работал, нужно подготовить накопительный бак, в который по спирали укладывается теплообменник, соединенный с коллектором. Для бака можно использовать бочку из пластика с наружным утеплением. Вход нагретой воды размещается сверху, а холодная должна выходить снизу.

Бак и коллектор нужно разместить правильно по отношению друг к другу. Для обеспечения естественной циркуляции жидкости бак необходимо установить выше коллектора, а трубы должны располагаться под постоянным наклоном. Если коллектор установлен на крыше, тогда к системе подключают насос для обеспечения движения воды.

Правила выбора оборудования

Независимо от того, самодельный используется солнечный коллектор или заводской, его нужно выбирать с учётом региона. Если речь идет о юге страны, где много солнечных дней, а зимы довольно мягкие, то лучше выбирать устройство плоского типа, которое в таких условиях показывает максимальную продуктивность.

Если зимы более суровые, а летом не настолько жарко, то желательно брать трубчатое оборудование. Лучше всего подойдет система, оснащенная Heat-pipe. Обогрев с ее помощью осуществляется даже по ночам и в пасмурную погоду, она собирает по максимуму солнечное излучение. Такой коллектор устойчив к низким температурам, однако их диапазон нужно уточнять, но все зависит от того, какое вещество находится в тепловом канале.

При проведении расчетов системы могут быть единственными, но в большинстве случаев потребители их используют для минимизации затрат при основном источнике. Другим дополнительным источником отопления может выступать коллектор воздушного типа. Его тоже можно сделать своими руками и применять для обогрева небольших помещений типа гаража или маленькой кухни.

Принцип работы солнечных батарей

Батареи выступают в роли фотогенераторов электрической энергии. Свет солнца образует постоянный ток и оказывает влияние на полупроводниковые элементы. В элементах солнечных батарей появляется напряжение, которое подается на объекты. Энергия накапливается с помощью специального аккумулятора, ее можно будет применять в пасмурные дни.

Частный дом отапливать с помощью солнечных батарей лучше всего, установив их на крыше помещения с южной стороны. Угол крыши при этом должен быть равен 30 градусам и больше. Следует учитывать и наличие рядом деревьев или других сооружений, которые способны создавать помехи.

Работа моих солнечных коллекторов зимой

Поток лучей должен идти из расчета 1000 кВт в час на квадратный метр за год. При таком расчете полученная энергия будет равна применению газа в количестве 100 л. Если батарея мощная и имеет площадь порядка 4 квадратных метров, то этого будет достаточно для обеспечения горячей водой семьи из трех человек. Оборудование включает в себя:

верхнюю прозрачную панель из пластмассы или стекла, внутри которой циркулирует воздух или вода;
зачерненную поверхность на основе металла для поглощения теплоэнергии;
водяной бак или накопительный резервуар, в который поступает газ или жидкость.

Отопительная система для частного дома, работающая на солнечной энергии, включает в себя преобразователь тока, датчик регулировки уровня зарядки и разрядки, аккумулятор и систему отбора мощности.

Поскольку батареи в основном используются для получения электричества, их лучше устанавливать в тех местах, где стоят электрические обогреватели, теплые полы или отопительные системы. Если солнечное оборудование имеет высокую мощность, то его можно дополнительно использовать для обеспечения семьи горячей водой.

Несмотря на широкое распространение в западных странах систем для отопления, работающих на энергии Солнца, в России и государствах бывшего СССР они не особо популярны. Многие сомневаются в целесообразности установки такого оборудования, поскольку полагают, что оно очень дорогое и вряд ли сможет окупиться. Естественно, что разумное зерно в таких суждениях присутствует, ведь стоимость оборудования действительно высокая. Но если есть желание попробовать, можно обойтись без существенных затрат.

Для начала можно попробовать поставить своими руками небольшую установку для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Она не потребует высоких затрат. Затем можно будет посмотреть на свои возможности. Некоторые эксперты полагают, что в скором времени такие технологии станут более востребованы, поскольку срок их окупаемости существенно сократится.

Солнечное отопление частного дома - современный и экологичный способ. Преимуществ у такого метода множество, и главные - экономичность и отсутствие вредных отходов. Однако и стоит такая установка немало, и в некоторых регионах применять ее нецелесообразно ввиду небольшого количества солнечных дней.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома - инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

Солнечные батареи;
Солнечные коллекторы.

Использование солнечных батарей - более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество -электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Плюсы и минусы использования энергии солнца для отопления дома

Второй плюс - это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Эффективное использование энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс – это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы (+)

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяют их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.

Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы (+)

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20° С

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

низкие теплопотери;
способность работать при температуре до -30⁰С;
эффективная производительность в течение всего светового дня;
хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.

Обладает следующими недостатками:

не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

простота конструкции;
хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
способность самоочищаться от снега и инея;
низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

высокие теплопотери;
большой вес;
высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Желающим сделать солнечный коллектор собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
общая и апертурная площадь;

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства - довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком.

Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе - иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Варианты самостоятельной сборки нагревательной системы

На сегодняшний день существует несколько способом сборки солнечного обогревателя своими руками. Рассмотрим наиболее популярные способы сборки.
Первый вариант. Здесь нужна оцинкованная тара для воды. Она должна иметь объем примерно 100-200 литров. Технология создания солнечной батареи имеет следующий алгоритм:

располагаем тару на крыше. Ее следует монтировать с южной стороны крыши;
поверхность крыши нужно покрыть металлическим листом с блестящей поверхностью;
поверх него кладем трубы;
подключаем их к бочке и емкости для нагретой воды.

Вариант солнечного самодельного коллектора

С помощью такой батареи 100 литров воды можно нагреть на 60 градусов. Такая установка имеет высокий КПД. Но в зимнее время такой агрегат будет не эффективным.
Второй вариант сборки. Для создания такого типа коллектора вам понадобятся:

стальные коробки;
несколько плоских стальных радиаторов;
стекло;
металлопластиковые элементы - фитинги и трубы.

Сборки системы в данном случае происходят следующим образом:

стальные коробки монтируются на крыше;
туда укладываются радиаторы;
сверху накрываем их стеклом. Это позволит уменьшить время нагрева воды;
трубки нужно укладывать с уклоном вниз;
обязательно следите, чтобы верх устройства располагался ниже накопительного бака;
на чердаке устанавливается пластиковая бочка с водой. Подходящий объем - 160 л;
ее нужно соединять с радиатором и водопроводом при помощи металлопластиковых устройств - фитингов и трубок. Саму трубку с водой нужно подключить несколько выше его середины бака;
внизу радиатора ставятся дренажные краны. С их помощью происходит слив воды в холодное время суток.

Вариант с пластиковой бочкой

Третий вариант. Применяется для обогрева достаточно большого помещения. Имеет эффективность на уровне 45-55%. Для создания системы обогрева такого типа вам понадобятся следующие материалы:

любой теплоизоляционный материал;
деревянная рамка, имеющая фанерное днище;
сетка из металла черного цвета;
дефлектор;
прозрачный лист поликарбоната;
несколько вентиляторов

Сборка конструкции осуществляется следующим образом:

сверлим в рампе круглые отверстия. Они прорезаются для забора воздуха;
для отвода горячего воздуха делаем прямоугольные отверстия вверху рамы;
на ее дно кладем теплоизоляционный материал. В качестве аккумулятора тепла будет выступать металлическая черная сетка;
вентиляторы, встраиваемые в круглые отверстия;
затем монтируем опорные планки для дефлектора. После этого устанавливаем сам дефлектор. Он будет формировать воздушный поток;
сверху устанавливаем прозрачный лист.

Готовая конструкция

С помощью такого агрегата можно эффективно осуществлять обогрев дома, а также нагрев воды.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная - 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано econet.ru

Стоимость системы

Фиксированной стоимости индивидуального отопления с использованием солнечных коллекторов не существует, так как в ней всегда присутствует котел, и каким он будет – напольным или настенным, конденсационным или традиционным, газовым, дизельным или электрическим – решается под каждый конкретный дом. Также, как и в любой другой отопительной системе, цена будет складываться из таких показателей, как площадь дома, расчет теплопотерь, наличие и площадь теплых полов.

В случае с организацией горячего водоснабжения посредством подключения солнечных коллекторов, существуют разработанные пакетные предложения, так как необходимый объем воды можно классифицировать по количеству проживающих в доме людей и общему числу потребителей. Например, стоимость системы горячего водоснабжения с использованием плоского солнечного коллектора немецкой компании Huch EnTEC составит около 165000 рублей. В эту сумму входят также все необходимые крепепжи, термостатический смеситель, группа подключения расширительного бака, бивалентный водонагреватель, группа безопасности водонагревателя, незамерзающий теплоноситель для гелиосистемы.

Полезный совет! Доверяйте расчет солнечного отопления и водоснабжения профессионалам с многолетним опытом и десятками подобных реализованных проектов за плечами! Только так вы сможете застраховать себя от ненужных переплат.

Оправданы ли затраты

Стоимость оборудования, входящего в комплект гелиоустановок, достаточно высока, поэтому всегда, прежде принять решение о приобретении таких изделий, нужно просчитать стоимость требуемого комплекта и финансовую отдачу, которую можно получить от использования подобных установок.

В состав комплекта оборудования, которое обеспечит автономное отопление дома, кроме коллектора, входит еще ряд технических устройств, что также отражается на сумме затрат на весь комплект оборудования.

Так для создания системы отопления н основе солнечного коллектора потребуется:

Коллектор.
Бак аккумулятор тепла.
Расширительный бак.
Циркуляционный насос.
Трубы и запорная арматура.

Из всего перечисленного оборудования, самая дорогая единица, это сам коллектор, поэтому, для того, чтобы определиться, оправданы ли затраты на монтаж такой системы, нужно решить, что является прерогативой в этом вопросе, потому как стоимость котлов, работающих на газе или твердом топливе, сопоставима со стоимостью солнечного коллектора.

В связи с этим, на принятие решения о целесообразности монтажа именно такого типа отопления, и соответственно затрат на оборудование, являются критерии выбора подобных систем, а также плюсы и минусы их эксплуатации, о которых было написано выше.

Видео

Экология потребления.Усадьба:Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная.

Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная. Современные технологии позволяют осуществлять солнечное отопление частного дома не только в южных районах, но и в условиях средней полосы.

Что могут предложить современные технологии

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.

Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.

Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Трубчатые солнечные коллекторы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Достоинства:

низкие теплопотери;
способность работать при температуре до -30⁰С;
эффективная производительность в течение всего светового дня;
хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
высокая стоимость.

Плоские закрытые солнечные коллекторы

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

простота конструкции;
хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
способность самоочищаться от снега и инея;
низкая цена.

К недостаткам можно отнести:

высокие теплопотери;
большой вес;
высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
общая и апертурная площадь;
КПД.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

Летний вариант для горячего водоснабжения
Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй - на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
обеспечение отопительной системы не более 30%.

Пример расчета:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано

Гелиосистемы экономически выгодны. Даже с учетом высокой стоимости, первоначальные затраты, при всесезонном применении окупятся за 2-3 года. Системы солнечного отопления частных домов не предназначены для автономной работы. Коллекторы компенсируют только часть необходимого для обогрева тепла, позволяя сэкономить за отопительный сезон до 300 м³ газа и до 4 м³ дров. Если использовать энергию Солнца только для отопления, окупаемость составит 6-7 лет.

У альтернативного отопления частного загородного дома существуют свои недостатки и преимущества. Перед покупкой и подключением требуется изготовление грамотного проекта и проведение теплотехнических расчетов.

Можно ли обогреть дом солнцем

Несмотря на передовые технологии и инновации, до сих пор полноценное отопление гелиосистемами не представляется возможным. Причина проста. Солнце светит только днем. Ночью солнечное излучение отсутствует. Соответственно солнечные коллекторы для отопления будут работать исключительно в светлое время суток. Хотя в пасмурную погоду гелиопанели продолжат работать, теплоотдача существенно уменьшится.

На теплоэффективность во многом влияет интенсивность ультрафиолетового излучения. В районах крайнего севера мощность и теплоотдача солнечного коллектора будет меньшей, чем в регионах с умеренным климатом.

Отопление на солнечных батареях используется исключительно как дополнительный источник тепла. Принцип работы коллектора основан на преобразовании ультрафиолетового излучения в тепловую энергию.

Получаемое тепло направляется в аккумулирующий бак, буферную емкость, установленную внутри здания. В воздушных системах жидкостный теплоноситель отсутствует. В помещение, при помощи вентиляторов нагнетаются разогретые воздушные массы.

Если учесть, что эффективность гелиоколлекторов зимой существенно снижается, автономное отопление дома требует правильных расчетов. Специалисты рекомендуют на этапе планирования установить в здание источник тепла на традиционных энергоносителях (газ, дрова, пеллеты, уголь, дизтопливо, электричество), способный удовлетворить потребность здания в обогреве и ГВС на 100%. Гелиосистема будет использовать солнечную энергию и частично компенсировать затраты с разной эффективностью, в зависимости от месяца года.

Чтобы определить стоит ли устанавливать альтернативное отопление частного дома, стоит обратить внимание на существующие преимущества и недостатки солнечных коллекторов. При составлении таблицы плюсов и минусов, нужно учитывать реальные отзывы о гелиосистемах оставленные пользователями:

Недостатки - главным минусом остается высокая стоимость (стоит отметить, что с появлением коллекторов российского производства, солнечные системы отопления стали экономически доступнее). Существует еще несколько минусов:
1. сезонность - солнечные коллекторы с вакуумными термотрубками эффективны до температуры окружающей среды –50°С. Вакуумный гелиоколлекторы продолжат работать до тех пор, пока антифриз в теплообменнике не замерзнет. Солнечные панельные коллекторы работают при температуре до –25°С.
2. зависимость от электричества - всесезонные системы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отключении напряжения теплоноситель может закипеть.
3. долгая окупаемость - в случае отопления, работа коллектора большую часть осуществляется при отрицательных температурах. Теплоэффективность гелиосистемы снижается. Время окупаемости увеличивается до 6-7 лет.

Преимущества - рекордно низкие температуры в средних широтах редки. На весь отопительный сезон приходится не более недельного периода, когда коллекторы перестают работать. При правильном подборе оборудования и расчетах удастся подобрать готовое решение, способное по максимуму компенсировать потребности жилого здания в тепле. Для средних широт компенсация энергозатрат достигает 20-30%. Дополнительные плюсы:
1. срок эксплуатации от 30 до 50 лет;
2. присутствует антивандальная и противоградовая защита;
3. гелиопанели выдерживают шквалы ветра.

Выше описаны общие преимущества и недостатки для любой системы отопления частного дома от солнечной энергии. У каждого типа гелиоколлекторов, воздушных и жидкостных, есть присущие им особенности, влияющие на окупаемость автономного обогрева.

Виды отопления от солнца

Существует несколько типов солнечных батарей. Главное отличие между гелиоколлекторами, используемый принцип работы. Типы солнечного отопления делятся на греющие воду или теплоноситель и нагревающие воздух.

Принцип работы влияет на теплоэффективность, особенности эксплуатации и подключения. Гелиопанели отличаются внутренним устройством, обвязкой, функциональными возможностями.

Отопление на водяных коллекторах

В основе работы лежит принудительная циркуляция теплоносителя. Отопление частного дома солнечными панелями происходит в следующем порядке:

абсорбер аккумулирует тепло;
полученная тепловая энергия нагревает теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе от гелиоколлектора до теплообменника бака накопителя;
змеевик внутри бойлера косвенного нагрева отдает тепло окружающей жидкости;
происходит теплообмен, вода для бытовых нужд и отопления нагревается, остывший теплоноситель возвращается обратно к абсорберу.

В описанной схеме через буферную емкость закольцовано отопление и ГВС, и солнечный водонагреватель. Гелиоколлектор не сможет работать без накопительного бака. Для автоматизации отопления используется блок управления, регулирующий скорость циркуляции теплоносителя в зависимости от интенсивности нагрева.

Обогрев осуществляется гелиосистемами двух типов. Каждая отличается особенностями эксплуатации и техническими характеристиками:

Использование солнечных трубчатых коллекторов в системах отопления - оптимальный всесезонный вариант в условиях холодного климата, подходят для водяного радиаторного отопления и систем теплых полов, удовлетворения потребностей в ГВС. Теплопотери снижены за счет того, что теплопередающие элементы находятся в вакуумных трубках.
Отопление дома солнечными вакуумными коллекторами зимой более эффективно, чем обогрев с использованием гелиопанелей. Внутри колбы коллектора, при условии отсутствия съема тепла, максимальная температура достигает 280-300°С, контролируемая модулем, предотвращающим закипание теплоносителя.
Читайте также: Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и ГВС

Отопление частного дома солнечными панелями - решение больше подходит для средних и южных широт. В этих регионах гелиопанели быстрее окупаются и отличаются большей теплоэффективностью. Принцип нагрева идентичен вакуумным коллекторам, только вместо колб в солнечных нагревателях для нагрева воды используется панель. Абсорбирующая поверхность прогревает соприкасающуюся с ней медную или алюминиевую пластину. Тепло передается циркулирующей жидкости. Интенсивность нагрева теплоносителя существенно ниже, чем у вакуумных гелиоколлекторов.
При помощи теплоаккумулятора, солнечные панели подключают к низкотемпературным системам отопления загородных домов (тёплым полам). Средняя температура нагрева 40-60°С. Для радиаторного обогрева «незакипающие» солнечные системы не подходят.

Читайте также: Плоский солнечный коллектор - устройство и принцип работы панельной гелиосистемы

Неотъемлемая часть гелиоколлекторов панельного и трубчатого типа - бойлер косвенного нагрева. Внутри емкости расположено два змеевика. Основной теплообменник подключен к котлу. Второй змеевик накопительного бака теплоаккумулятора предназначен для системы солнечного отопления.

В БКН или теплоаккумуляторе используется принцип косвенного нагрева. Основной источник нагрева воды, находящейся в буферной емкости, это отопительный котел. Гелиоколлекторы дополняют определенный запас тепла. При достижении заданной температуры в баке подача теплоносителя на нагрев прекращается.

Обогрев воздушными гелиосистемами

Принцип работы отличается тем, что в качестве теплоносителя используется горячий воздух. Внутреннее устройство воздушного коллектора во многом напоминает гелиосистемы панельного типа. Исключение составляет то, что абсорбер не соединяется с контуром отопления. Фактически, это обычный воздухонагреватель или конвектор. Воздух в помещение направляется посредством вентиляторов и гофрированных каналов.

Отопление в частном доме от воздушных коллекторов отличается быстрой окупаемостью и высокой теплоэффективностью. Единственный минус в том, что от системы воздухогрейного типа нельзя обеспечить потребности ГВС. Хотя существует несколько технических решений этого вопроса, но все они с низким КПД.

Читайте также: Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Одна из современных разработок: дом с пассивным обогревом или «солнечная стена». Абсорбером в этом случае выступает наружная стена здания, защищенная от внешней среды стеклом. Стена в течение всего дня аккумулирует тепло и затем ночью отдает его в отапливаемые помещения. Смотрится такая гелиоустановка современно и отличается хорошей теплоотдачей.

Тепловое аккумулирование используется не только для обогрева, но и охлаждения помещений. В летнее время года за счет солнечных батарей вентиляторы работают в режиме кондиционирования.

Что эффективнее - воздушный коллектор или водяной

Все зависит от того, какие цели ставит перед собой владелец частного дома. Сравнение солнечных водонагревателей с воздухогрейными конвекторами покажет следующее:

Эффективность зимой - панельные и вакуумные гелиосистемы предназначены для нагрева воды ГВС и отопления. После наступления холодов теплоэффективность коллекторов падает.
Панельные системы прекращают аккумуляцию тепла при –25°С. Трубчатые , хотя и с минимальной эффективностью, продолжают работать до –50°С.

Воздушный коллектор в первую очередь предназначен для обогрева помещений. Зимой гелиосистема воздушного типа продолжает отапливать здание. Отсутствие жидкостного теплоносителя позволяет коллектору работать при любой температуре.
Стоимость - солнечные воздухогрейные гелиосистемы обходятся дешевле, установка не требует больших затрат и использования дополнительного дорогого оборудования. Трубчатые и панельные коллекторы стоят дорого. В обвязке используется накопительный бак, контроллер и другое дорогостоящее оборудование.

Эффективность солнечного воздушного отопления можно увидеть в том, что полная окупаемость наступает уже через 1-2 года эксплуатации. При этом коллекторы работают на отопление, кондиционирование и поддержание необходимого микроклимата в доме.

Как сделать солнечный обогрев в своем доме

Для начала следует учесть, что гелиосистема не устанавливается одна по себе. Для нормального обогрева здания потребуется ее одновременная работа с отопительным котлом.

Необходимо изначально установить основной источник тепла - котел, из расчёта 100% покрытия всех теплозатрат здания. Только после этого приступают к расчету коллекторов.

Расчет гелиосистемы

Теплоотдача у водогрейных вакуумных и панельных коллекторов, а также воздухонагревателей, использующих энергию солнца разная. Соответственно нет единой системы расчетов. Для удобства можно воспользоваться специальными онлайн калькуляторами.

Примеры самостоятельных расчетов:

Воздушные гелиосистемы - дадут 1,5 кВт тепловой энергии на каждый 1 м² поверхности коллектора. Дом на 100 м² будет полноценно отапливаться при помощи 4 воздухонагревателей, общей площадью 8 м².
Вакуумный трубчатый коллектор - 15 трубок дадут в общей сложности 4,8 кВт/час. Для комфортного проживания одного человека потребуется от 2-4 кВт/час тепла. Дальнейшие расчеты выполняются по количеству проживающих в одном доме.

Таблица выбора бойлера косвенного нагрева и площади солнечного коллектора:

Объем накопителей (л)
Площадь коллекторов (м²)	Температура в накопителе (°С)

Стоимость коллекторов российского производства начинается от 15 тыс. руб. Аналоги, изготовленные в странах ЕС нередко достигают 40-50 тыс. руб. (указана стоимость комплекта). Учитывая общую цену нужно учесть, что для автоматизации солнечного отопления от панелей и трубчатых водонагревателей нужно установить блок управления, контроллер температуры, подключить бойлер косвенного нагрева, сделать обвязку, позволяющую одновременно работать котлу и коллекторам. Конечная стоимость «под ключ» будет зависеть от общей конфигурации отопительной системы.

Монтаж солнечной системы отопления дома

Существует несколько общих рекомендаций, облегчающих подключение гелиоколлекторов:

С ростом цен на энергоносители все актуальнее становится использование альтернативных источников энергии. А так как отопление у многих основная статья расходов, то об отоплении речь в первую очередь: платить приходится практически круглый год и немалые суммы. При желании сэкономить, первым на ум приходит солнечное тепло: мощный и совершенно бесплатный источник энергии. И использовать его вполне реально. Причем оборудование стоит хоть и дорого, но в разы дешевле, чем тепловые насосы. О том, как может быть использована энергия солнца для отопления дома, поговорим подробнее.

Отопление от солнца: за и против

Если говорить об использовании солнечной энергии для отопления, то нужно иметь в виду, что существуют два разных устройства для преобразования солнечной энергии:

Оба варианта имеют свои особенности. Хотя сразу нужно сказать, какой бы из их вы ни выбрали, не спешите отказываться от той системы отопления, которая у вас есть. Солнце встает, конечно, каждое утро, но вот не всегда на ваши солнечные элементы будет попадать достаточно света. Самое разумное решение — сделать комбинированную систему. Когда энергии солнца достаточно, второй источник тепла работать не будет. Этим вы и обезопасите себя, и жить будете в комфортных условиях, и сэкономите.

Если желания или возможности ставить две системы нет, ваше солнечное отопление должно иметь, как минимум, двукратный запас по мощности. Тогда точно можно сказать, что тепло у вас будет в любом случае.

Достоинства использования солнечной энергии для отопления:

Недостатки:

Зависимость количества поступающего тепла от погоды и региона.
Для гарантированного отопления потребуется система, которая может работать параллельно с гелиосистемой отопления. Многие производители отопительного оборудования предусматривают такую возможность. В частности европейские производители настенных газовых котлов предусматривают совместную работу с солнечным отоплением (например, котлы Baxi). Даже если у вас установлено оборудование, у которого такой возможности нет, можно согласовать работу отопительной системы при помощи контролера.
Солидные финансовые вложения на стартовом.
Периодичное обслуживание: трубки и панели нужно очищать от налипшего мусора и мыть от пыли.
Некоторые из жидкостных солнечных коллекторов не могут работать при очень низких температурах. В преддверии сильных морозов жидкость приходится сливать. Но это касается не всех моделей и не всех жидкостей.

Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.

Солнечные коллекторы

Для солнечного отопления используют именно гелиоколлекторы. Эти установки при помощи тепла солнца нагревают жидкость-теплоноситель, которую потом можно использовать в системе водяного отопления. Специфика в том, что солнечный водонагреватель для отопления дома выдает только температуру 45-60 о С, а самую высокую эффективность показывает при 35 о С на выходе. Потому рекомендованы такие системы для использования в паре с теплыми водяными полами. Если отказываться от радиаторов вам не хочется, или увеличивайте количество секций (раза в два примерно) или подогревайте теплоноситель.

Для обеспечения дома теплой водой и для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы (плоские и трубчатые)

Теперь о видах солнечных коллекторов. Конструктивно есть две модификации:

плоские;
трубчатые.

В каждой из групп есть вариации и по материалам, и по конструкции, но принцип действия у них один: по трубкам бежит теплоноситель, который нагревается от солнца. Вот только конструкции абсолютно разные.

Плоские солнечные коллекторы

Эти гелиоустановки для отопления имеют простую конструкцию и потому именно их можно при желании изготовить своими руками. На металлической раме закреплено прочное дно. Сверху уложен слой теплоизоляции. Изолируются для уменьшения потерь и стенки корпуса. Затем идет слой адсорбера — материала, который хорошо поглощает солнечное излучение, превращая его в тепло. Этот слой обычно имеет черный цвет. На адсорбере закреплены трубы, по которым течет теплоноситель. Сверху вся эта конструкция закрывается прозрачной крышкой. Материалом для крышки может быть закаленное стекло или один из пластиков (чаще всего это поликарбонат). В некоторых моделях светопропускающий материал крышки может проходить специальную обработку: для уменьшения отражающей способности его делают не гладким, а чуть матовым.

Трубы в плоском солнечном коллекторе обычно уложены змейкой, имеется два отверстия — впускное и выпускное. Может быть реализовано однотрубное и двухтрубное подключение. Это кому как нравится. Но для нормального теплообмена необходим насос. Возможна и самотечная система, но она будет очень неэффективной из-за небольшой скорости движения теплоносителя. Именно этого типа солнечный коллектор и используют для отопления, хотя с его помощью можно эффективно греть воду для ГВС.

Есть вариант самотечного коллектора, но его применяют в основном для подогрева воды. Называют такую конструкцию еще пластиковым солнечным коллектором. Это две пластины из прозрачного пластика, герметично закрепленные на корпусе. Внутри устроен лабиринт для продвижения воды. Иногда нижняя панель бывает окрашена в черный цвет. Имеется два отверстия — впускное и выпускное. Вода подается внутрь, по мере продвижения по лабиринту греется солнцем, и выходит уже теплой. Такая схема хорошо работает с резервуаром для воды и легко нагревает воду для ГВС. Это современная замена обычной бочке, установленной на летнем душе. Причем более эффективная замена.

Насколько эффективны солнечные коллекторы? Среди всех бытовых гелиоустановок на сегодня они показывают лучшие результаты: их КПД 72-75%. Но не все так хорошо:

они не работают ночью и плохо работают в пасмурную погоду;
большие потери тепла, особенно при ветре;
низкая ремонтопригодность: если что-то выходит из строя, то менять нужно значительную часть, или всю панель полностью.

Тем не менее, часто отопление частного дома от солнца делают именно при помощи этих гелиоустановок. Такие установки популярны в южных странах с активным излучением и положительными температурами в зимний период. Для наших зим они не подходят, но в летний сезон показывают хорошие результаты.

Воздушный коллектор

Эта установка может быть использована для воздушного отопления дома. Конструктивно она очень напоминает описанный выше пластиковый коллектор, но циркулирует и нагревается в нем воздух. Такие устройства навешиваются на стены. Действовать они могут двумя способами: если воздушный гелионагреватель герметичен, воздух забирается из помещения, нагревается и возвращается в то же помещение.

Есть другой вариант. В нем обогрев совмещен с вентиляцией. В наружном корпусе воздушного коллектора имеются отверстия. Через них внутрь конструкции поступает холодный воздух. Проходя через лабиринт, от солнечных лучей он нагревается, а затем подогретым попадает в помещение.

Такое отопление дома будет более-менее эффективным, если установка будет занимать всю южную стену, и при этом тени на этой стене не будет.

Трубчатые коллекторы

Тут тоже циркулирует теплоноситель по трубам, но каждая из таких теплообменных труб вставлена в стеклянную колбу. Все они соединяются в манифолде (manifold), который, по сути, является гребенкой.

Схема трубчатого коллектора (кликните для увеличения размера картинки)

Трубчатые коллекторы имеют два типа трубок: коаксиальные и перьевые. Коаксиальные — труба в трубе — вложены одна в другую и их края запаяны. Внутри между двумя стенками создается разреженная безвоздушная среда. Потому такие трубки называют еще вакуумными. Перьевые трубки — это обычная трубка, запаянная с одной стороны. А перьевыми их называют потому, что для повышения теплоотдачи в них вставляется пластина адсорберная, которая имеет изогнутые края и чем-то напоминает перо.

Кроме того в разные корпуса могут быть вставлены теплообменники разного типа. Первые — это тепловые каналы Heat-pipe (Хит пайп). Это целая система преобразования солнечного света в тепловую энергию. Heat-pipe — это полая медная трубка небольшого диаметра, запаянная на одном конце. На втором находится массивный наконечник. В трубку залито вещество с низкой температурой кипения. При нагревании вещество начинает кипеть, часть его переходит в газообразное состояние и поднимается по трубке вверх. По пути от нагретых стенок трубки оно все больше нагревается. Попадает в верхнюю часть, где находится некоторое время. За это время часть тепла газ передает массивному наконечнику, постепенно охлаждается, конденсируется и оседает вниз, где процесс снова повторяется.

Второй способ — U-type — это традиционная трубка, заполненная теплоносителем. Тут никаких новостей или сюрпризов. Все как обычно: с одной стороны входит теплоноситель, проходя по трубке, нагревается от солнечного света. Несмотря на свою простоту этот вид теплообменников эффективнее. Но используется он реже. А все потому, что солнечные водонагреватели такого типа составляют собой единое целое. При повреждении одной трубки приходится менять вся секцию.

Трубчатые коллекторы с системой Heat-pipe стоят дороже, показывают меньшую эффективность, но используются чаще. А все потому, что поврежденную трубку поменять можно за пару минут. Причем, если колба использована коаксиальная, то трубка тоже может быть отремонтирована. Просто она разбирается (снимается верхняя заглушка) и поврежденный элемент (тепловой канал или сама колба) заменяется на исправный. Затем трубка вставляется на место.

Какой коллектор лучше для отопления

Для южных регионов с мягкой зимой и большим количеством солнечных дней в году лучший вариант — плоский коллектор. При таком климате он показывает высшую продуктивность.

Для регионов с более суровым климатом подходят трубчатые коллекторы. Причем для суровых зим больше подходят именно системы с Heat-pipe: они греют даже ночью и даже в пасмурную погоду, собирая большую часть спектра солнечного излучения. Они не боятся низких температур, но точный диапазон температур нужно уточнять: он зависит от вещества, находящегося в тепловом канале.

Эти системы при грамотном расчете могут быть основными, но чаще они просто экономят затраты на отопление от другого, платного источника энергии.

Еще одним вспомогательным отоплением может быть воздушный коллектор. Его можно сделать во всю стену, причем он легко реализуется своими руками. Он отлично подойдет для отопления гаража или дачи. Причем проблемы с недостаточным нагревом могут возникнуть не зимой, как вы ожидаете, а осенью. При морозе и снеге энергии солнца в разы больше, чем в пасмурную дождливую погоду.

Солнечные батареи

Слыша слова «солнечная энергетика» мы в первую очередь думаем именно о батареях, которые преобразуют свет в электричество. И делают это специальные фотоэлектрические преобразователи. Они выпускаются промышленностью из разных полупроводников. Чаще всего для бытового использования мы применяем кремниевые фотоэлементы. Они имеют самую низкую цену и показывают достаточно приличную производительность: 20-25%.

Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

Напрямую использовать солнечные батареи для отопления можно лишь в том случае, если котел или другой отопительный прибор на электричестве вы подключите к этому источнику тока. Также солнечные панели в совокупности с электро-аккумуляторами можно интегрировать в систему снабжения дома электричеством и таким образом уменьшать приходящие ежемесячно счета за использованную электроэнергию. В принципе, вполне реально полностью обеспечить потребности семьи от этих установок. Просто средств и площадей потребуется много. В среднем с квадратного метра панели можно получить 120-150Вт. Вот и считайте, сколько квадратов кровли или придомовой территории должно быть занято такими панелями.

Особенности отопления солнечным теплом

Целесообразность устройства системы солнечного отопления у многих вызывает сомнения. Основной довод — это дорого и никогда себя не окупит. С тем, что это дорого, приходится согласиться: цены на оборудование немаленькие. Но никто не мешает вам начать с малого. Например, для оценки эффективности и практичности идеи сделать подобную установку самому. Затрат минимум, а представление будете иметь из первых рук. Потом уже будете решать стоит со всем этим связываться или нет. Вот только в чем дело: все негативные сообщения от теоретиков. От практиков не встречалось ни одного. Идет активное выяснение способов улучшения, переделок, но никто не сказал, что затея бесполезна. Это о чем-то говорит.

Теперь о том, что установка системы солнечного отопления никогда не окупится. Пока срок окупае

мости в нашей стране большой. Он сравним со сроком эксплуатации солнечных коллекторов или батарей. Но если посмотреть динамику роста цен на все энергоносители, то можно предположить, что вскоре он сократится до вполне приемлемых сроков.

Теперь собственно о том, как сделать систему. Прежде всего, нужно определить потребность вашего дома и семи в тепле и горячей воде. Общая методика расчета системы солнечного отопления следующая:

Зная, в каком регионе находится дом, вы можете узнать, сколько солнечного света приходится на 1м 2 площади в каждом месяце года. Специалисты это называют инсоляцией. Исходя из этих данных, вы затем сможете прикинуть, сколько солнечных панелей вам необходимо. Но сначала нужно определить, сколько тепла понадобится на подготовку ГВС и отопление.
Если счетчик горячей воды у вас есть, то вы знаете объемы горячей воды, которые вы тратите ежемесячно. Выведите средние данные расхода за месяц или считайте по максимальному расходу — это кто как хочет. Также у вас должны иметься данные о тепловых потерях дома.
Присмотрите солнечные нагреватели, которые хотели бы поставить. Имея данные по их производительности, вы сможете примерно определить количество элементов, необходимое на покрытие ваших потребностей.

Кроме определения количества составляющих гелиосистемы, понадобится определить объем бака, в котором будет накапливаться горячая вода для ГВС. Это легко можно сделать, зная фактический расход вашей семьи. Если у вас установлен счетчик на ГВС, и вы имеете данные за несколько лет, можно вывести среднюю норму потребления в день (средний расход в месяц поделить на количество дней). Вот примерно такой объем бака вам нужен. Но бак нужно брать с запасом в 20% или около того. На всякий случай.

Если ГВС или счетчика нет, можно воспользоваться нормами потребления. Один человек в сутки в среднем расходует 100-150 литров воды. Зная, сколько человек постоянно проживают в доме, вы рассчитаете требуемый объем бака: норма умножается на количество жильцов.

Сразу нужно сказать, что рациональной (с точки зрения окупаемости) для средней полосы России является система солнечного отопления, которая покрывает порядка 30% потребности в тепле и полностью снабжает горячей водой. Это усредненный результат: в какие-то месяцы отопление будет на 70-80% обеспечиваться гелиосистемой, а в какие-то (декабрь-январь) всего на 10%. И снова-таки многое зависит от типа солнечных батарей и от региона проживания.

Причем дело не только в «севернее» или «южнее». Дело в количестве солнечных дней. Например, на очень холодной Чукотке солнечное отопление будет очень эффективным: там почти всегда светит солнце. В гораздо более мягком климате Англии, с вечными туманами, его эффективность крайне низка.
;

Итоги

Несмотря на множество критиков, которые говорят о неэффективности солнечной энергетики и слишком большом сроке окупаемости, все больше людей хоть частично переходят на альтернативные источники. Кроме экономии многих привлекает независимость от государства и его ценовой политики. Чтобы не жалеть о напрасно вложенных суммах, можно сначала провести эксперимент: изготовить одну из солнечных установок своими руками и решить для себя насколько это вас привлекает (или нет).