Солнечное отопление частного дома: отзывы, виды, своими руками, как выбрать

Последние годы все большее внимание уделяется зеленой энергетике и причин тут несколько, это и борьба за экологию окружающего нас мира, и снижение мировых запасов традиционных видов топлива, таких как уголь, нефть и газ. К том уже, обладая установкой, работающей на возобновляемых источниках энергии (солнце, ветер, вода и энергия земли), можно создать абсолютно независимую систему, работа которой не будет зависеть от энергоснабжающих организаций.

Солнечное отопление частного дома – это один из видов использования энергии солнца, которая путем преобразования в специальных устройствах передается теплоносителю, циркулирующему в системе отопления.

Виды устройства

Для преобразования солнечной энергии в тепловую, используются специальные технические устройства, называемые коллекторами. В зависимости от конструкции, их можно подразделить на два вида, это:

Плоские коллекторы – в основе этой конструкции лежит плоский короб, закрытый с наружной стороны стеклом, в который помещены трубки, по которым циркулирует теплоноситель. Между трубками уложен утеплитель, а под стеклом прокладывается абсорбер, материал имеющий способность к накоплению тепловой энергии. К внешней сети коллектор подключается через патрубки, монтируемые на входе и выходе укладываемых трубок.
Вакуумные коллекторы – в основе этой группы устройств, лежит использование вакуумных трубок, которые крепятся на специальном каркасе и верхней своей частью помещены в слой теплоносителя. Вакуумная трубка состоит из двух трубок, одна из которых медная, помещена в стеклянную, большего размера. Во внутреннее пространство стеклянной трубки помещен материал с высокой степенью абсорбции. Из стеклянной трубки откачан воздух, тем самым создан вакуум, что позволяет улучшить характеристики устройства по накоплению и передаче тепла.

Существует еще один тип солнечных коллекторов, это плоские воздушные устройства. В данной конструкции в качестве теплоносителя используется воздух, но в связи с низким КПД подобных моделей и неэффективностью, подобные коллекторы для отопления домов практически не используются.

Заключительный вывод

Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах. Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.

Как подобрать лучшее

Для того, чтобы сделать правильный выбор и при этом не ошибиться с выбором типа солнечного коллектора и его маркой, нужно следовать критериям выбора, которыми для подобных устройств, являются:

Возможность использования гелиосистемы в регионе предполагаемой установки оборудования;
Мощность и производительность устройства – должна соответствовать требуемым значениям и показателям использования;
Количество тепловых потерь – определяют КПД конкретной модели и требуемое количество коллекторов, способных обеспечить отапливаемый объект тепловой энергией;
Возможность выполнения монтажа в том или ином месте предполагаемой установки (геометрические размеры и вес);
Качество изготовления и надежность сборки (бренд производителя);
Сроки эксплуатации и наличие гарантийного срока;
Стоимость устройства.

Следуя выше приведенным критериям и изучив отзывы по конкретной модели и фирме выпускающей подобные изделия, можно подобрать лучший вариант из предложенных на соответствующем рынке.

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

На что обратить внимание

При выборе солнечного коллектора, кроме критериев, приведенных выше, нужно обратить внимание еще на ряд моментов, учитывая которые можно избежать неудобств при дальнейшей эксплуатации устройства.

Следует помнить, что:

Модели плоского типа более прочны, но не удобны в эксплуатации. Для их ремонта необходимо останавливать всю систему отопления, а при отсутствии запорной арматуры на входе и выходе из коллектора, требуется слив всего количества теплоносителя.
Модели, с использование вакуумных трубок, более ремонтопригодны, но менее прочны. При необходимости замены трубок (одной или нескольких), их замена выполняется без остановки системы отопления.
Плоские коллекторы способны нагревать теплоноситель больше, чем вакуумные устройства, что делает их более эффективными, при использовании в зимний период.
Воздушные коллекторы надежны и прочны, но в силу своих технических характеристик, не способны в полной мере отопить большие строительные объемы.
В паспорте коллектора указывается его номинальная мощность, т.е. способность преобразовывать солнечную энергию в тепловую в момент максимума солнечной активности (полдень) и при ясной погоде.
Правильное расположение устройства в пространстве, по отношению к поверхности земли, позволит избежать трудностей при эксплуатации.
Перед принятием решения о приобретении конкретной модели, необходимо разработать схему гелиоустановки, рассчитать ее мощность и возможные тепловые потери.

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 (+)

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. 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.

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

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.

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. 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.

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.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и солнечных коллекторов, есть свои достоинства и недостатки, которые определяют способность использования подобных изделий в тех или иных условиях эксплуатации.

К плюсам использования относятся:

Экологическая безопасность как для окружающей среды, так и для человека.
Возобновляемость и неисчерпаемый ресурс используемой энергии.
Возможность создания полностью автономной системы отопления и горячего водоснабжения от внешних источников энергии.
Продолжительные сроки эксплуатации.
Возможность модернизации автономной системы и ее интеграции, в случае необходимости, в централизованную систему отопления (от внешних энергоснабжающих источников).
Оптимизация системы отопления отдельно взятого объекта в соответствии с заданными параметрами.

Недостатками использования можно считать:

Высокая стоимость оборудования и выполнения монтажных работ, определяют потребность в значительных финансовых затратах на начальном этапе использования.
Эффективность работы зависит от погодных условий, региона и ландшафта размещения, конструкции строительных элементов, на которых выполняется установка коллекторов (форма крыши, стен или отдельно стоящих элементов).

Применение и надежность солнечных панелей

Система выработки электричества за счет солнечной энергии используется во всем мире уже лет 30-40, если не больше. За это время панели и фотоэлементы были серьезно усовершенствованы, оборудование протестировано в разных климатических условиях на всех 5 континентах.

Учитывая моду в XXI веке на все натуральное и экологически чистое, есть все основания полагать, что в ближайшие 15-30 лет большая часть населения во всем мире перейдет на отопление за счет солнечных панелей и фотоэлектрических систем, благодаря которым будет больше не нужно строить дорогостоящие большие электростанции и подстанции, а также тратиться на дорогое и неэкологичное топливо из нефти и газа. Со временем, по мере снижения стоимости фотоэлементов и усовершенствования технологий откроется больше возможностей для применения данных устройств.

Солнечная энергия, на самом деле, уже активно применяется человечеством (и не только в разрекламированных электромобилях). К простейшим системам, в которых уже используются фотоэлементы, относятся:

Фотоэлектрические насосные установки, ставшие прекрасной альтернативой ручным насосам и дизель-генераторам;
Системы с аккумуляторами, позволяющие батарее заряжаться и накапливать энергию, чтобы отдать ее при необходимости в любое время;
Системы с генератором позволят получать электричество в тех случаях, когда его необходимо больше, чем может дать фотоэлектрическая батарея. Такое комбинированное применение генератора и фотоэлементов позволит значительно снизить первоначальную стоимость системы;
Фотоэлектрические системы, интегрированные в электросеть. Таким образом, часть электроэнергии можно брать от фотоэлементов, а при нехватке – из общей коммунальной электросети, при этом аккумулятор не используется или просто заряжается;
Промышленные фотоэлектрические системы, которые работают совершенно бесшумно, не нуждаются в ископаемом топливе и не загрязняют окружающую среду.

Средние цены

В настоящий момент на рынке гелиосистем, служащих для отопления и горячего водоснабжения, представлено достаточно большое количество компаний из разных стран мира. Стоимость моделей зависит от типа коллектора, его технических характеристик и фирмы его выпускающей. Средние цены, на наиболее востребованные модели, составляют:

Продукция (Германия):
Модель «auroTHERM exclusiv VTK 570-1140» — вакуумный коллектор, площадью 1,0 м2 – стоимость от 73000,00 рублей, и площадью 2,0 м2 – от 145000,00 рублей.
Солнечные коллекторы (Италия):

Модель «KAIROS CF 2.0 ARISTON», плоский коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость – от 37000,00 рублей.
Модель «KAIROS VT 15B ARISTON» — вакуумная модель, стоимостью от 86000,00 рублей.

Изделия (Китай):

Модель «FPC-1200d» — плоского типа, площадью 2,01 м2. Стоимость от 25000,00 рублей.
Модель «ES 20R-5» — вакуумного типа, стоимостью от 36000,00 рублей.

Продукция (Россия):

Модель, артикул 2900152 – плоский солнечный коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость составляет – от 21000,00 рублей.
Модель «VU-10» вакуумного типа, стоимостью от 23000,00 рублей.

Плоские закрытые солнечные коллекторы

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.

Где купить

Солнечный коллектор — это товар, который можно приобрести только в специализированных организациях и компаниях, которые или производят подобные устройства, или ориентированы именно на реализацию оборудования, работающего на альтернативных источниках энергии.

Наиболее правильный способ приобретения, это найти дилера производителя конкретной модели устройства, после чего заключить с ним соответствующий договор купли-продажи. Если в регионе проживания потенциального покупателя нет дилеров компаний, выпускающих солнечные коллекторы, то можно найти организацию, которая специализируется на этой группе товаров. Эти два варианта покупки, наиболее оптимальны, т.к. специалисты подобных компаний могут оказать помощь в выборе модели, подсказать как выполнить монтаж.

Если выше перечисленные способы приобретения не могут быть осуществлены, тогда можно обратиться к сети интернет, где представлено достаточно большое количество компаний, работающих именно в этой области энергетики. Достоинством такого способа приобретения будет более низкая стоимость изделий, но отрицательным моментом — советов и подсказки по выбору модели и ее монтажу, не будет, все придется решать самостоятельно.

Особенности выбора.

Выбирая солнечные батареи для отопления дома необходимо учесть несколько нюансов:

Мощность – один из основных параметров, влияющий на стоимость солнечных панелей. Поэтому перед их приобретением необходимо определить ориентировочное потребление электроэнергии. В сопроводительной документации всегда указывается максимальная мощность, вырабатываемая батареями за час в ваттах. Но необходимо учитывать, что в пасмурную погоду она будет немного меньшая. Также мощность зависит от вида солнечных батарей.

Размер – существенно зависит от мощности панелей и типа их фотоэлементов. Крыша должна иметь необходимые размеры для монтажа нужного количества панелей.

В среднем 1 кв. метр солнечных батарей дает за 1 час около 120 Вт.

Панели суммарной площадью в 20 кв. метров обеспечат электроэнергией одноэтажный загородный дом в полном объеме.

Тип – поли- и монокристаллические солнечные батареи имеют значительно высшую стоимость, чем кремневые тонколистовые. Но вырабатывают больше электроэнергии и требуют меньшей поверхности крыши.

Возможность при необходимости наращивания мощности. Ее можно легко увеличить за счет добавления дополнительных солнечных панелей. Замена батарей путем приобретения новых более эффективных экономически невыгодно. Поэтому необходимо учесть небольшой запас поверхности крыши.

Солнечные батареи от ведущих производителей гарантировано выдержат срок эксплуатации больше 25 лет. Надежность их зависит от фирмы производителя. Желательно отдать предпочтение известному производителю. Он обеспечивает бесплатную замену панелей по гарантии, оказывает помощь при монтаже, наладке, ремонте, наращивании мощности.

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.

Обогрев дома солнечными батареями коллекторного типа

По своей сути коллекторы действительно схожи с солнечными батареями, поскольку улавливают прямые солнечные лучи. Исключением для вторых являются тонкопленочные пластины, выдающие ток от рассеянного света. Что касается коллекторов, то для нагрева воды жаркое солнечное излучение нужно плоским моделям. Единственный вариант, активно поставляющий в трубы отопительной системы горячую воду всю зиму, даже при плотной облачности – вакуумные коллекторы

. Именно вакуум сберегает драгоценное тепло.

Если вы решите брать вакуумный вариант, в этом случае вам также предстоит выбор – модели прямого нагрева воды или косвенного. Первые считаются сезонными, поскольку накопительный бак расположен непосредственно в корпусе коллектора, и трубки с двойной оболочкой, внутри которой вакуумная среда, соединяются с емкостью напрямую. В зимнее время такие модели использоваться не могут, вода в них замерзает.

Другое дело – обогрев дома солнечными батареями коллекторного всесезонного типа. Они будут работать даже при -50 градусах и облачном покрове, поскольку накопительный бак установлен в доме. Такая система действует благодаря жидкости-теплоносителю, движущейся по трубам между спиралями, расположенными внутри бака, и коллектором. В сердечники вакуумных трубок залита та же жидкость. Вода же только в накопителе, из него она по трубам течет в батареи.

Правда ли что солнечное отопление в 20 раз дешевле типичного газового?

Во сколько раз солнечное отопление дешевле газового, может подсчитать каждый пользователь индивидуально, потому как все зависит от многих факторов, как-то наличие газовых магистралей низкого и высокого давления, типа газа, если все-таки таковой имеется, ну и конечно факторов, определяющих возможность использования гелиоустановок.

Несомненным плюсом, в сравнении с газовыми котлами, будет тот факт, что при использовании гелио коллекторов, после первоначальных затрат на приобретение и монтаж оборудования, в дальнейшем тепловая энергия вырабатывается бесплатно, в требуемых объемах.

К тому же, использование солнечной энергии, является экологически чистым и безопасным производством, исключающим многие негативные последствия, которые могут произойти при использовании газового оборудования.

Преимущества использования гелиосистем

Установка солнечных коллекторов существенно снизит затраты на традиционное отопление. Энергия Солнца – бесплатна, а кроме того, гелиосистемы не наносят вреда окружающей среде. Именно поэтому в странах, где власти беспокоятся об экологии, такой способ отопления домов широко распространен. Массовое использование гелиосистем позволит сохранить ресурсы, которые традиционно применяются для отопления (уголь, природный газ) и решить энергетическую проблему.

Солнечное отопление обладает следующими преимуществами:

эффективная работа и значительная экономия на основной системе обогрева дома;
безопасность использования;
длительный срок службы;
эстетичный внешний вид, возможность выбора параметров коллектора.

Как сделать своими руками воздушное солнечное отопление

Сделать самостоятельно систему отопления на основе солнечного коллектора может каждый, лишь бы было желание, умение работать с ручным инструментом и свободное время.

Так как основным элементом, как уже было написано ранее, в подобной системе отопления, является солнечный коллектор, поэтому об его изготовлении и пойдет речь.

Наиболее просто изготовить модель плоского типа, для этого понадобится:

Материал для изготовления каркаса (пиломатериалы, металлический профиль или плотный пластик).
Медная трубка.
Утеплитель – минеральная вата или иной (полистирол или аналоги).
Абсорбер – металлическая фольга.
Прочное стекло, служащее элементом, защищающим утеплитель от воздействия осадков и прочих негативных воздействий.

Конструкция плоского солнечного коллектора выглядит следующим образом:

Из пиломатериалов (доска, фанера и т.д.) или металлического профиля (алюминий, черный металл), изготавливается каркас коллектора, его корпус. На нижнюю поверхность укладывается утеплитель (теплоизоляция), на которую монтируется медная трубка. На концах трубки необходимо предусмотреть штуцеры или резьбовое соединение, для включения коллектора в систему отопления. С боков, также укладывается изоляция. Места соединения элементов корпуса уплотняются, дабы исключить потери тепла. Поверх трубок ложится абсорбер, покрываемый слоем прозрачной тепловой изоляции и стеклом (крышкой коллектора). К штуцерам подводятся трубы с теплоносителем, устройство готово к работе.

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.

Особенности отопления солнечным теплом

Солнце, это неисчерпаемый источник энергии, но не во всех регионах оно светит одинаково, где-то количество солнечных дней, меньше чем, когда за окном ненастье, где-то сила солнечных лучей не велика (северные регионы). В связи с этим, хочется отметить, что, имея возможность использования традиционных способов отопления, не стоит от них отказываться полностью, лучше рассматривать варианты комбинированного использования обеих систем.

При устройстве полностью автономной системы, основанной на использовании солнечных коллекторов, необходимо предусмотреть значительный запас мощности, что поможет избежать проблем с отоплением дома.

Реальные способы обогрева

Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м², дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

Большое количество батарей на крыше жилого дома не поместится, станцию большой мощности придется размещать на участке

Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2021 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

Отопление кондиционерами

Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
Приобретаем 2 кондиционера с инверторными компрессорами, работающими при отрицательной уличной температуре. Суммарная производительность агрегатов должна равняться теплопотерям дома, в нашем случае – 6 кВт. Потребление таких «сплитов» не превысит 2 кВт.
Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
Для отопления в самые холодные сутки стоит установить любой традиционный источник тепла – котел, дровяную печь.

Тепловые насосы Mitsubishi Zubadan расходуют энергии еще меньше, чем кондиционеры, а тепла приносят вчетверо больше (COP = 4)
Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

Использование местных обогревателей

Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

Способы подключения к системе отопления

Способов подключения к системе отопления гелио установок всего два, которые зависят от того, в каком качестве выступает подобная система, это основной источник тепловой энергии или запасной, дополняющий традиционную систему отопления.

В зависимости от этого, подключение выполняется следующим образом:

Автономная система отопления.

В данной системе отопления подпитка холодной воды, которая является теплоносителем, осуществляется из внешних источников водоснабжения. Накопителем тепловой энергии выступает накопительный бак, из которого нагретая вода подается в систему отопления и горячего водоснабжения потребителей.

Комбинированная система отопления.

В комбинированной системе отопления, коллектор служит дополнительным источником получения тепловой энергии, основным же, является отопительный котел, работающий на определенном виде топлива. В определенных схемах, зависящих от наличия внешних распределительных сетей, котел может отсутствовать, в этом случае теплоноситель из внешних тепловых сетей поступает непосредственно в буферный накопитель.

Принцип работы системы

Существуют разные типы коллекторов, и хотя принцип работы каждого из них почти одинаков, все же между ними есть некоторые различия. В данном случае будет рассматриваться работа самодельной системы из змеевика.
Отопление от солнца в ясные дни обеспечивает нагрев воды до 70 градусов. Циркуляция воды в системы происходит естественным образом. Вода, нагретая в коллекторе, благодаря уменьшению плотности, движется вверх, в специальный резервуар. Холодная вода, имеющая большую плотность, перемещается в нижнюю часть солнечной батареи. После этого процесс повторяется. Схематическое изображение такой системы можно увидеть на фото.

Отзывы

Благодаря наличию интернета, всегда можно найти отзывы пользователей о различных типах отопления и используемом при его устройстве оборудовании. Вот некоторые из них:

Александр (Ставропольский край):

«Два года назад прочитал статью о том, как можно сэкономить на отоплении, если установить солнечный коллектор. Нашел фирму, специализирующуюся на продаже подобных изделий и заключил с ними договор на поставку и монтаж 3-х коллекторов модели SCH-30. Поставили и смонтировали быстро и вот уже второй сезон пользуюсь. Денег конечно ушло не мало, но эффект от использования, превзошел мои ожидания. Я полностью отказался от централизованного отопления и горячего водоснабжения, благо у нас солнца много. Соответственно снизились затраты по коммунальным платежам, но самое главное, это то, что теперь я не завишу от тепловых сетей и водоканала, благо ранее был выкопан свой колодец. Очень рад рациональному вложению своих средств».

Константин (Липецкая область):

«Многие спорят, а окупятся ли затраты на приобретение оборудования, при монтаже автономной системы отопления на основе солнечных коллекторов. Однозначного ответа нет, но те, кто уже использует подобные устройства, с уверенностью говорят, что это выгодно, т.к. скептики не учитывают тот факт, что при подключении к внешним газовым, тепловым и электрическим сетям, организации их эксплуатирующие, запрашивают немалые суммы при выдаче технических условий, а также за сам факт врезки в их коммуникации. Если же учесть, что солнечная энергетика, это экологически безопасная отрасль хозяйства, а солнце неисчерпаемый источник энергии, то можно с уверенностью сказать, что за зеленой энергетикой в целом, и за системами солнечного обогрева жилья – будущее».

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.

Схема работы теплового канала Heat-pipe

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.

Обычная U-образная трубка самый эффективный тепловой канал

Как итог – перспективы развития солнечных технологий

Если на Земле максимально эффективной работе солнечных батарей мешает воздух, который в известной мере рассеивает излучение Солнца, то в космосе такой проблемы не существует. Учеными ведется разработка проектов гигантских орбитальных спутников с солнечными батареями, которые будут работать 24 часа в сутки. От них энергия будет передаваться на наземные приемные устройства. Но это дело будущего, а для уже существующих батарей усилия направлены на повышение энергоэффективности и уменьшение размеров устройств.

Принцип работы солнечной электростанции в домашних условиях

Солнечная электростанция – это система состоящая из панелей, инвертора, аккумулятора и контроллера. Солнечная панель трансформирует лучистую энергию в электричество (как было сказано выше). Постоянный ток попадает в контроллер, который распределяет ток по потребителям (например, компьютер или освещение). Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный и обеспечивает работу большинства электрических бытовых приборов. В аккумуляторе накапливается энергия, которая можно расходовать в темное время суток.

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.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

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