Особенности солнечного отопления для дома

Солнечное отопление – наиболее экологичный из способов обогрева частного жилища. Оно хорошо подходит для жителей центральных и южных районов стран СНГ, где поверхность земли получает достаточное количество излучения. Использование солнечного тепла для обогрева жилища поможет сэкономить пространство в помещениях.

Достоинства и недостатки солнечного отопления

Данный вид энергии экологичен, его использование доступно всем и не сопровождается выбросами в окружающую среду вредных соединений. Массовое применение систем солнечного отопления частного дома поможет сохранению природных ресурсов, используемых для обогрева помещения: угли, древесина и газовое топливо. Использование солнечных отопительных конструкций полностью безопасно для жильцов и для внешней среды. О традиционных типах топлива этого сказать нельзя – задымление не слишком благоприятно сказывается на атмосфере, может вызвать слезотечение и дискомфорт у окружающих.

Для экономии полезного пространства участка можно установить систему на крыше. Крепление таких коллекторов поможет также минимизировать затраты места на отопительные приборы в самом помещении. Еще одно преимущество – солнечные панели для дома не издают каких-либо шумов при работе.

Недостатком является то, что не все местности обладают климатическими условиями, подходящими для круглогодичного использования энергии солнца без дополнительных средств отопления. В большинстве регионов России в зимнее время необходимо параллельное использование обогревателей, работающих от электричества, или иных приспособлений подобного назначения. Иногда гелиосистему подключают только для работы в сезоны, характеризующиеся достаточной освещенностью, в темные периоды используют иные теплогенераторы.

Особенности солнечных коллекторов

От прочих типов отопительных систем коллекторы отличаются привязкой к поступлению энергии солнца. Вследствие этого ночью накопление тепла в установке останавливается, однако продолжается отдача в воздух жилища накопленного за дневное время. Эффективность системы определяется продолжительностью светового дня. В теплое время года и в южных широтах использование данного рода отопления показывает наилучшие результаты. Наименее продуктивно оно в декабре, в самое темное время суток. Это связано с коротким световым днем и с углом падения лучей. Просчитывая вклад гелиосистемы в общее теплообеспечение жилища, нужно учитывать, что на протяжении года ее эффективность меняется. Для зимнего отопления в большинстве регионов необходимы электрические приборы, печь или котел.

Большое значение имеют правильный расчет нужной для обслуживания дома площади коллекторных элементов и выбранный угол монтажа. Целесообразно размещать устройства так, чтобы угол наклона равнялся географической широте населенного пункта, где расположено жилище. Лучше всего энергия солнца поглощается коллекторами, чьи рабочие плоскости расположены под прямым углом к падающим лучам. По возможности батареи размещают по направлению к югу. Важно следить, чтобы на поверхности не падали тени, отбрасываемые зданиями или деревьями.

Чтобы КПД работы в зимнее время был выше, угол наклона элементов должен быть немного больше. Летом, в свою очередь, продуктивность будет немного ниже, но это не должно негативно сказаться на качестве жизни владельцев дома.

Элементы отопительной системы

Существуют несколько типов устройства солнечной батареи, но принцип устройства большинства отопительных систем на их основе идентичен. Иногда в конфигурацию могут вноситься дополнительные компоненты.

Основные элементы установки:

• вакуумные коллекторные устройства;
• контроллер, отвечающий за руководство системой;
• аккумуляторный бачок для подогретой воды;
• насос, несущий теплоноситель от батареи к аккумулятору;
• ТЭН, работающий от электрической сети.

Вместо ТЭНа в роли доводчика может выступать и другая деталь. Иногда такую систему отопления совмещают с устройством теплого пола.

Виды солнечных коллекторов

Коллекторные элементы выпускаются в нескольких вариантах устройства. Существуют модели, предназначенные только для отопительных целей и дополнительно подогревающие воду.

По конструкции и внешнему виду

Коллекторные устройства выпускаются в открытом виде (с незащищенными трубками) и в закрытом – с активными компонентами, запаянными в корпус, который может иметь разные исполнения, к примеру, уплощенное или сферическое. Наиболее дешевыми и прочными являются плоские закрытые модели. Их корпус изготовлен из алюминия, внутри размещены трубы из меди. Они могут быть вмонтированы змеевидно или параллельной прокладкой рядов. По ним может циркулировать газ, вода или жидкость-незамерзайка, выполняющие роль теплоносителя. Сверху на корпусе находится покрытие, состоящее из стеклянного и пропиленгликолевого слоев. Такие модели могут работать круглогодично, подогревать воду до температуры, на 30-40 градусов превышающей воздушную. Но у них есть существенный недостаток: если коллектор ломается, из строя выходит вся система поглощения тепла.

Вакуумные изделия отличаются наибольшей мощностью. В них тоже присутствуют заполненные поглотителем тепла трубки из меди, выложенные рядками. Каждый такой элемент помещен в колбочку из стекла. Вакуумное пространство между стен играет роль проводящего материала и теплоизолятора. Слабой стороной такого исполнения является хрупкость полых стеклянных элементов. С другой стороны, при выходе из строя тут достаточно напрямую заменить поврежденные трубки.

Если важен вклад гелиосистемы в зимнее время, лучше подключить вакуумные коллекторы. Они дольше задерживают тепло и согревают газы и жидкости до более высоких температур. Возможна сборка конструкции прямо на крыше дома. Трубчатая форма позволяет собирать тепло в течение светового дня без подключения добавочных механизмов, следящих за движением солнца.

По принципу работы

Этот критерий описывает коллекторные элементы с точки зрения автономности. Некоторые типы не нуждаются в электричестве. Это делает их хорошим вариантом для дачного дома или эксплуатации на протяжении определенного сезона. Устройства с механизмом принудительной циркуляции должны перед использованием подключиться к электрической сети. Функционируют они благодаря давлению насосного механизма.

По сезонности

Некоторые потребители предпочитают подключение солнечных панелей только в теплое время года. В коллекторах, рассчитанных строго на данную форму эксплуатации, в роли теплоносителя выступает вода. При температуре ниже нуля она превращается в лед, поэтому с наступлением холодов такие установки демонтируют. Другие модели допускают круглогодичное использование. В теплое время года они способны обеспечить потребителя горячей водой, а в холодное – поддерживают температуру воздуха на определенном уровне.

Изготовление коллектора своими руками

При приобретении готового комплекта схема подключения солнечных батарей обычно указывается в прилагающейся документации. Но некоторые жильцы предпочитают собрать самодельный коллектор в домашних условиях. Простой агрегат делается из подручных материалов с использованием в качестве основы змеевидной конструкции, изъятой из устаревшего или сломавшегося холодильника.

Чтобы смастерить коллектор, потребуется приготовить:

• фольгу и стеклянный лист;
• змеевик от холодильника (с него же можно демонтировать связывающие хомуты и задействовать их в новом агрегате);
• реечные элементы для создания каркаса;
• ленту скотча;
• крепежные элементы – шурупы и винты;
• коврик из резины;
• бак для жидкости;
• подающие и сливные трубы.

Змеевик сначала отмывают от грязи, пыли и следов фреона, а затем вытирают насухо. Рейки обтесывают под габариты змеевидной конструкции из такого расчета, чтобы она помещалась в смонтированный из них каркас. Затем требуется соединить рейки друг с другом. Ковер из резины должен соответствовать размерам каркаса. При необходимости лишнее обрезают. В процессе соединения реек нужно сделать в стенках маленькие отверстия, чтобы туда проходили змеевиковые трубки, если их требуется вывести.

Коврик сверху застилают слоем фольги. Если приходится использовать для покрытия малогабаритные нарезки, их соединяют скотчем. Затем укладывают реечную конструкцию, а после – змеевик, который фиксируется хомутами. Последние надлежит закрепить с противоположной стороны с помощью винтиков. С нее же производится прибивание реек, чтобы конфигурация стала жестче.

Если между рейками и фольгой обнаружились щели, их полагается заклеить скотчем. Это обеспечит сведение потерь тепла к минимуму и увеличит КПД готовой установки. Когда агрегат будет готов, на него помещают стеклянное покрытие. Затем производится проклейка скотчем по всему периметру изделия.

Чтобы коллектор получился максимально герметичным, стекло укрепляют посредством шурупов. Это также сделает устройство более надежным. После этого получившийся элемент можно укреплять на опорной конструкции.

Принцип работы системы

Чтобы применение энергии солнца было максимально эффективным, можно действовать разными методами. Принцип первого основан на непосредственном прогревании коллекторных элементов лучами солнца. Накапливая тепло, устройства передают его жидкому теплоносителю, находящемуся в контурах отопления и горячего водоснабжения. Ресурс может расходоваться на реализацию обеих этих целей или только одной. Действие второго способа основано на внедрении в отопительную систему солнечных батарей, преобразующих накопленную энергию в электричество, передаваемое затем потребителю.

При использовании устройства, сделанного из змеевика, в солнечную погоду можно нагреть воду до 60-65 градусов. При этом система является автономной, теплоноситель в ней циркулирует естественным путем, домовладельцам вмешиваться в ее работу приходится нечасто. Цикл движения выглядит так: подогретая жидкость становится менее плотной, за счет чего происходит ее устремление вверх – в подготовленную емкость (например, бачок). Плотная холодная вода направляется в нижнюю область коллектора. Помимо бака, для монтажа системы требуются несколько труб. По ним подается и сливается нагретая вода и поступает в коллектор холодная. Также нужны 4 вентиля: сливной, запорный, подпитывающий, сбрасывающий давление в системе.

Водяные коллекторы в зимнее время целесообразно демонтировать, так как данный теплоноситель имеет свойство замерзать, что делает эксплуатацию бесполезной. Модели, которые предназначены для круглогодичного использования, нуждаются в регулярной очистке от пристающего снега. Последний имеет свойство отражать лучи солнца, что серьезно снижает КПД коллектора.

Солнечные системы отопления могут подключаться не только в южных регионах, но и в местностях, отличающихся умеренным климатом. Даже при небольшом числе солнечных дней в холодные сезоны поступающий через облака ультрафиолет способен хотя бы отчасти обогреть жилище. Без добавочных отопительных устройств в этом случае не обойтись, но экологичность работы и бесплатность энергетического ресурса делают эти установки отличным выбором для частных домов.

Солнечное отопление частного дома — что нужно знать?

Обновлено: 16 января 2021

Солнечное отопление

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

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:

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.

Преимущества

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Виды отопления

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

• возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
• необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
• долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
• как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

• корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
• распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
• вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

1. Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
2. Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
3. Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
4. Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

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.

Схемы подключения к системе отопления

Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

С водяным коллектором

Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

С солнечной батареей

Отопление от солнца своими руками, созданное на базе солнечных батарей, осуществляется путем установки электрического нагревателя. В данном случае фотоэлектрические элементы лишь обеспечивают питание ТЭНов, установленных в электробойлере, не имея непосредственного отношения к отопительному контуру.

Система отопления и солнечные батареи со всем комплексом аппаратуры монтируются отдельно. Способ соединения выбирается произвольно, исходя из особенностей обеих систем. Подключение бойлера, насоса и прочих устройств выполняется обычным способом, никаких специфических требование не имеется.