Солнечное отопление дома своими руками - принцип изготовления. Как правильно выбрать и установить систему отопления дома от солнечной энергии Отопление дома с помощью солнца

Когда начинается постройка частного или загородного дома, важным моментом, который также требует довольно много финансовых вложений, а еще больше – внимания, является отопительная система и утепление сооружения. И вместо привычных систем и традиционных видов отопления все больше людей обращают свое внимание на альтернативное отопление – солнечное отопление частного дома.

Использование солнечной энергии для отопления

Распространение системы солнечного отопления частного дома постоянно растет, так как это инновационная технология, использующая солнечную энергию. На сегодняшний день уже абсолютно каждый владелец частного или загородного дома может установить у себя такую систему. Заметим, что финансовые средства потребуется вложить только в приобретение оборудования, которое понадобится для того чтобы накапливать тепло, а вот сама энергия достанется вам бесплатно.

Если вы собираетесь оборудовать солнечное отопление дома для долговечной работы, то к выбору системы следует подойти серьезно. Требуется грамотно рассчитать площадь системы, мощность, подобрать хорошее место для монтажа.

Отметим, что установленная система сможет прослужить вам более 25-ти лет, а окупится она примерно через 3 года, если эксплуатировать ее постоянно.

Отопление дома от солнца может быть двух типов:

• На основе солнечных батарей.
• На основе солнечных коллекторов.

Солнечное отопление обладает множеством преимуществ:

• Существенно экономятся затраты на топливо.
• Это полностью экологически безопасная система.
• Простота использования.
• На фотоэлементы цены падают, поэтому падает и стоимость оборудования и монтажа системы.

Среди недостатков можно отметить следующие:

• Когда день пасмурный, энергии будет вырабатываться существенно меньше.
• Оборудование и монтаж такой системы – дорогое удовольствие.
• Бесперебойная работа такой системы требует к себе особенного внимания: точных расчетов и верной установки всех элементов.

Отопление на солнечных батареях

В сущности, солнечные батареи представляют собой фотогенераторы электроэнергии. Как говорят нам законы физики, солнечный свет формирует постоянный ток, влияя на полупроводниковые элементы. А в цепях солнечной батареи появляется напряжение, которое затем подается на объекты. Специальный аккумулятор накапливает энергию, которую потом можно использовать в пасмурные дни.

Отопление частного дома солнечной энергией при помощи батарей лучше всего ставить на южную сторону крыши, а угол крыши должен быть не менее 30 градусов. Специалисты рекомендуют учесть также наличие дополнительных помех – к примеру, если рядом стоят сооружения или деревья, которые впоследствии могут помешать функционированию системы. Поток лучей солнца должен идти из учета: 1000 кВт/ч на 1 кв.м за год. Солнечная энергия в таком расчете, которую вы получите, будет равняться использованию 100 литров газа.

Некоторые мощные солнечные батареи площадью примерно 4 кв.м могут снабдить среднюю семью, состоящую из 3-х человек, горячей водой. Энергия при этом выработается – 2000 кВт/ч в год.

Солнечная батарея состоит из следующих элементов:

• Прозрачная верхняя панель, внутри нее будут циркулировать вода или воздух, сделанная из стекла или пластмассы.
• Металлическая зачерненная поверхность, поглощающая теплоэнергию солнца.
• Водяной бак или специальный накопительный резервуар, куда идет нагретая жидкость или газ, после чего они поступают в батареи.

В солнечные системы отопления частного дома входят такие элементы:

• Обыкновенный преобразователь.
• Преобразователь постоянного в переменный ток.
• Датчик, который регулирует уровень зарядки и разрядки батареи.
• Аккумулятор.
• Система отбора мощности.

Солнечное отопление загородного дома на батареях применяется, в основном, для того чтобы получить электричество. Поэтому такие батареи будет лучше всего установить там, где используется электрическое отопление, электрообогреватели или теплый пол. Когда вы оборудуете отопление солнечными батареями большой мощности, можно будет снабдить свой дом горячей водой.

Что касается эффективности такой системы, как отопление дома солнечной энергией от батарей, то этот показатель зависит от множества факторов, основной из которых – это поступающая солнечная энергия. Если ваше жилье располагается в северной широте, то лучше всего использовать совмещенные виды отопления, где солнечная энергия будет лишь дополнением. Это же касается и тех местностей, где наблюдается частая пасмурная погода, так как в такое время мощность батарей будет очень маленькой.

Отопление солнечными коллекторами

Отопление загородного дома от солнца при помощи солнечных коллекторов заключается в том же принципе: солнечная энергия собирается и преобразовывается. Однако в данном случае преобразовывается не электрическая энергия, а тепловая. Так, носитель тепла, который циркулирует в коллекторе, под действием лучей солнца нагревается и после этого передает свое тепло. Продуктивность здесь также зависит от того, какое количество солнечного света.

Бывают такие виды коллекторов:

• Работающие на воде или антифризе. Первый тип коллекторов – это плоские коллекторы, которые состоят из абсорбера, который и поглощает солнечную энергию, прозрачного слоя и покрытия с теплоизоляцией.
• Работающие на воздушных массах и обеспечивающие воздушное солнечное отопление дома.

Солнечное отопление своими руками – это реально

На сегодняшний день известно несколько способов, как выполнить солнечное отопление дома своими руками. К примеру, можно использовать полиэтиленовую пленку или пластиковые бутылки, однако такая система не будет долго работать эффективно.

Поэтому лучшим вариантом будет приобретение готового оборудования – это эффективно и выгодно. К тому же, стоимость его окупается через короткое время.

Главным критерием уюта в частном коттедже или квартире является тепло. В холодном доме даже самая шикарная обстановка не поможет создать комфортных условий. Но чтобы оптимальная для проживания температура поддерживалась в помещении не только летом, но и зимой понадобится монтаж системы отопления.

Сделать это сегодня можно легко, приобретя в качестве источника тепла газовый, дизельный или электрический котел. Но проблема заключается в том, что топливо для такого оборудования стоит дорого и доступно не во всех населенных пунктах. Что же тогда выбрать? Лучшим решением являются альтернативные источники тепла и в частности солнечное отопление.

Устройство и принцип работы

Что же представляет собой такая система? В первую очередь следует сказать, что есть два варианта солнечного отопления. Они предполагают использование различных как в конструктивном плане, так и по назначению элементов:

• Коллектора;
• Фотоэлектрической панели.

И если оборудование первого типа предназначено сугубо для поддержания в помещении комфортной температуры, то солнечные панели для отопления дома могут применяться для получения электричества и тепла. Их принцип работы основан на преобразовании энергии солнца и накапливании ее в аккумуляторах, чтобы потом использовать для различных нужд.

Смотрим видео, все о данном коллекторе:

Применение коллектора позволяет организовать только солнечное системы отопление для частного дома, при этом используется тепловая энергия. Такое устройство действует следующим образом. Солнечные лучи подогревают воду, которая является теплоносителем и поступает с трубопровод. Эта же система может использоваться и в качестве горячего водоснабжения. В состав входят специальные фотоэлементы.

Устройство коллектора

Но кроме них в комплектацию солнечного отопления включены:

• Специальный бак;
• Аванкамеры;
• Радиатор, выполненный из трубок и заключенный в короб, у которого передняя стенка выполнена из стекла.

Солнечные батареи для отопления дома размещаются на крыше. В нем вода нагреваясь перемещается в аванкамеру где происходит ее замена горячим теплоносителем. Это позволяет поддерживать в системе постоянное динамическое давление.

Виды отопления с использованием альтернативных источников

Самый простой способ преобразования энергии светила в тепло – это использование солнечных батарей для отопления дома. Они все чаще используются в качестве дополнительных источников энергии. Но что же представляют собой эти устройства и действительно ли они эффективны?

Смотрим видео, виды и их особенности работы:

Задача, установленного на крыше коллектора солнечного системы отопления для дома впитать как можно больше солнечного излучения, преобразовав его затем в так необходимую человеку энергию. Но при этом следует учитывать, что оно может быть превращено как в тепловую, так и электрическую энергию. Для получения тепла и подогрева воды используют солнечные системы отопления. Для получения электрического тока используют специальные батареи. Они аккумулируют энергию в дневное время суток и отдают ее ночью. Однако сегодня существуют и комбинированные системы. В них солнечные панели вырабатывают одновременно тепло и электричество.

Что касается солнечных водонагревателей для отопления дома, то они представлены на рынке широкой линейкой. Причем модели могут иметь различное назначение, дизайн, принцип работы, габариты.

Различные варианты

Например, по внешнему виду и конструкции системы отопления частного дома подразделяются на:

1. Плоские;
2. Трубчатые вакуумные.

По назначению они классифицируются на используемые для:

• Системы отопления и ГВС;
• Для нагрева воды в бассейне.

Есть отличия и принципе работы. Солнечное отопление с применением коллекторов является идеальным выбором для дачных домиков, так как не требуют подключения к электросети. Модели с принудительной циркуляцией подключают к общей системе отопления, в них циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи насоса.

Смотрим видео, сравниваем плоский и трубчатый коллектор:

Не все коллекторы пригодны для солнечного отопления загородного дома. Согласно этому критерию они делятся на:

• Сезонные;
• Круглогодичные.

Первые применяются для отопления дачных строений, вторые в частных домовладениях.

Сравниваем с обычными система отопления

Если сравнивать это оборудование с газовым или электрическим, то оно имеет гораздо больше преимуществ. В первую очередь это экономия топлива. Летом солнечное отопление способно полностью обеспечить проживающих в доме людей горячей водой. Осенью и весной, когда ясных дней мало, оборудование можно использовать для снижения нагрузки на стандартный котел. Что касается зимней поры, то обычно в это время эффективность работы коллекторов очень мала.

Смотрим видео, эффективность коллекторов зимой:

Но кроме экономии топлива использование оборудования, работающего на солнечных батареях, снижает зависимость от газа и электричества. Для установки солнечного отопления не нужно получать разрешение и установить его сможет каждый, кто имеет элементарные знания в сантехнике.

Смотрим видео, критерии подбора оборудования:

Еще один плюс – это большая продолжительность работы коллектора. Гарантированный срок службы оборудования составляет не менее 15 лет, значит на этот период ваши коммунальные платежи будут минимальными.

Однако, как и у любого устройства у коллектора имеются некоторые недостатки:

• На солнечные водонагреватели для частного дома цена достаточно высокая;
• Невозможность использования как единственного источника тепла;
• Необходима установка бака-накопителя.

Есть и еще один нюанс. Эффективность работы солнечного отопления зависит от региона. В южных районах, где активность солнца высока оборудование будет иметь самый большой КПД. Поэтому наиболее выгодно использовать такое оборудование на юге и менее эффективным оно будет на севере.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Прежде, чем приступать к установке оборудования, входящего в отопительную систему необходимо изучить его возможности. Для того чтобы узнать сколько тепла потребуется на обогрев дома необходимо рассчитать его площадь. Важно правильно выбрать место для установки солнечного коллектора. Оно должно быть максимально освещенным на протяжении дня. Поэтому обычно оборудование устанавливаются на южной части крыши.

Выполнение монтажных работ лучше доверить специалистам, потому что даже небольшая ошибка в установке системы солнечного отопления приведет к значительному снижению эффективности системы. Только при правильной установке солнечного коллектора он прослужит до 25 лет, причем полностью окупив себя за первые 3 года.

Основные типы коллекторов и их характеристики

Если здание по каким-либо причинам не подходит для установки оборудования, то можно разместить панели на соседнем строении, а накопитель поставить в подвале.

Преимущества солнечного отопления

Нюансы, на которые стоит обратить внимание при выборе этой системы были рассмотрены выше. И если вы все сделали правильно, то ваша система отопления на солнечных коллекторах доставит вам только приятные моменты. Среди ее достоинств следует отметить:

• Возможность круглогодичного обеспечения дома теплом, с возможностью регулировки температуры;
• Полная автономия от централизованных коммунальных сетей и снижение финансовых расходов;
• Использование солнечной энергии на различные нужды;
• Длительный эксплуатационный срок оборудования и редкие аварийные ситуации.

Единственное, что останавливает потребителей от покупки солнечной системы для отопления частного дома – это зависимость их работы от географии проживания. Если в вашем регионе ясные дни редкость, то эффективность оборудования будет минимальной.

В современных условиях вопрос об экономном ведении хозяйства более чем актуален, что напрямую связано с постоянным удорожанием привычных энергоносителей, периодическими экономическими кризисными явлениями и нарушением экологического равновесия на нашей планете. Переход на альтернативные источники, например, солнечные водонагреватели, воздушно солнечное отопление, — это способ экономии и забота о будущих поколениях.

Сегодня для монтажа соответствующего оборудования можно воспользоваться услугами профессионалов или установить воздушное солнечное отопление своими руками. Второй вариант экономически выгоднее в 4 раза, поскольку цена — это немаловажный фактор для принятия решений, последствия которого будут давать результат на протяжении многих лет.

Усовершенствование существующих ранее технологий играет непосредственную роль в процессе интегрирования в современную систему хозяйствования альтернативных источников обогрева жилых и промышленных помещений.

Поэтому для экономически и технологически правильного проектирования системы, выполнения монтажа ее элементов необходимо иметь наиболее полную картину возможностей отопления дома солнечными батареями.

Самодельные системы: как используется солнечная энергия

Солнечная система отопления помещений.

Оборудовать солнечное отопление своими руками можно даже начинающему мастеру, но работа с разными типами устройств имеет некоторые отличия. Речь идет о солнечных батареях и солнечном коллекторе.

Солнечные батареи позволяют аккумулировать энергию, а затем использовать ее и для обогрева, и для подогрева теплоносителей, и для питания электрических приборов. Фотоэлементы, которые являются основой батарей, сделать самостоятельно трудно. Поэтому их покупают, соединяют в цепь и фиксируют в отдельном корпусе, правильно устанавливая все элементы.

Солнечными коллекторами (гелиосистемами) обогревают частные дома, организуя дополнительно и горячее водоснабжение. Фотоэлементы для коллектора не требуются. Отзывы свидетельствуют, что организовать солнечное отопление из подручных материалов под силу и начинающему мастеру.

Плоские гелиосистемы представляют собой остекленные и утепленные короба с теплоносителем внутри. Основным элементом вакуумных коллекторов являются трубки, в которых преобразуется энергия.

Итак, отличие состоит в том, что с помощью батареи можно производить электроэнергию, а с помощью коллектора нагревать воду.

Схема солнечной системы.

Экономическая эффективность использования солнечного генератора энергии

Солнечные батареи для отопления генерируют электрическую энергию в результате фотоэлектрических реакций. В среднем один модуль имеет мощность от 50 до 300 Вт при коэффициенте полезного действия до 30%, что является невысоким показателем. Экономическая выгода кроется в другом — эффективном — производстве энергии, что позволяет окупить затраты уже за 3 года эксплуатации системы. Один раз обустроив отопление на солнечных батареях, можно забыть о проблеме на 25 лет, поскольку именно такой срок устанавливают производители для работы оборудования.

К выгодным параметрам такого вида отопления можно отнести экономию внутреннего полезного пространства, что достигается установкой батареи для отопления на крыше здания. При этом следует придерживаться определенных правил:

Генератор.

1. Оборудование, обеспечивающее солнечное отопление, устанавливается на южной стороне, поскольку именно здесь сосредоточено наибольшее количество тепла.
2. Крыша должна быть не горизонтальная, а под наклоном — ориентировочно 45°.
3. Солнечные батареи довольно тяжелые, поэтому стропильная система крыши дома должна быть прочной. Угроза обрушения наиболее вероятна в зимнее время, когда на крыше скапливается снег.
4. Во дворе, на стороне дома, где располагаются батареи, не должно быть деревьев или зданий, создающих тень.

Расчет площади необходимого для батарей пространства производится индивидуально, но можно сориентироваться, учитывая такие параметры: для средней полосы для отопления дома, площадь которого составляет 100 кв.м, понадобится около 30 кв.м батарей. Следует учесть необходимость изолированного места в доме, в котором будет установлено оборудование, использующееся в пасмурную погоду или в темноте.

Экономическая выгода также определяется типом системы, которую подключают к электрическому котлу, в частности:

• электрическая;
• водяная.

Первая имеет наибольшую популярность благодаря эффективности при небольшом нагреве больших участков дома, допустим, пола с подогревом. Электрическую систему легче настраивать в соответствии с погодными условиями, количеством человек в доме. Оборудование электрического отопления легче монтировать, при этом отсутствуют громоздкие трубы и радиаторы под окнами.

Составные элементы системы.

Уязвимость альтернативной системы отопления

Расчет эффективности работы солнечной батареи для отопления дома позволяет определить период ее окупаемости. Как уже было сказано, это 3 года, но при соблюдении нескольких условий.

Во-первых, если энергии недостаточно и дом приходится отапливать газом, расходы на солнечное отопление увеличиваются, что в результате приводит и к увеличению сроков окупаемости.

Снижения стоимости эксплуатации оборудования для отопления дома солнечными батареями можно достичь за счет улучшения показателей энергоэффективности. Иными словами, прежде чем перейти на альтернативный источник энергии, необходимо позаботиться о термоизоляции, исключив возможность утечки тепла. Утепленные стены, крыша и пол, законопаченные щели в окнах и дверях позволят снизить расходы энергии, что уменьшит сроки окупаемости.

Во-вторых, эффективная работа системы отопления дома солнечными батареями возможна только при надлежащем уходе. Загрязнение поверхности приведет к уменьшению энергоэффективности. Поэтому рекомендуется по меньшей мере 1 раз в полгода производить очистку внешних блоков.

Водяное солнечное отопления.

Отзывы владельцев домов с солнечной системой отопления свидетельствуют о необходимости создания резервной системы, например, газового котла. При наличии централизованной электросети можно предусмотреть возможность переключения ее мощности в сезоны с недостаточным количеством солнечных дней. Чаще всего потребность дополнительного источника энергии возникает в зимнее время, а вот осенью и весной отопление на солнечных батареях экономически целесообразно.

Принципы действия основных систем отопления

Для обеспечения отопления и водоснабжения горячей водой в доме используют две системы, использующие разные теплоносители — воду и воздух. Обустройство таких систем несколько отличается, как и эффективность.

Водяное солнечное отопление может состоять из следующих элементов:

Такое солнечное отопление дома работает по принципу отдачи тепла от нагретой предварительно воды, проходящей по трубопроводам и отопительным приборам. Расчет подтверждает экономичность расхода материала, используемого для отопления, что достигается за счет теплоемкости воды. Считается, что при нагреве до одного уровня температуры вода в 4000 раз более теплоемкая, чем воздух.

Отзывы потребителей свидетельствуют о трудоемкости установки и эксплуатации водного солнечного оборудования, необходимости постоянного контроля работы генератора. При низких температурах вода, наполняющая трубопровод, замерзает и расширяется, вызывая разрушение всей системы. Установить оборудование можно только в процессе постройки дома или его капитального ремонта.

Воздушное солнечное отопление и горячее водоснабжение обеспечивается теплым воздухом, нагнетаемым специальными вентиляторами. Отличие этой системы состоит в использовании не насосов, а мощных вентиляторов.

Воздушное солнечное отопление имеет высокий уровень КПД, поскольку в его схеме отсутствуют передаточные элементы. Отопительная система объединяется с климатической, что позволяет создавать и поддерживать комфортный микроклимат помещения. Вследствие малой инерционности помещение обогревается очень быстро. Воздушное солнечное отопление доказало свою эффективность, а цена на него формируется в зависимости от объемов обогреваемых помещений, среднегодовых погодных условий и некоторых других факторов.

Воздушная система солнечного отопления.

Перед закупкой необходимого оборудования и его установкой требуется произвести расчет:

1. Мощности нагревателя воздуха с учетом того, что помещение должно получить достаточный обогрев, а тепловые потери должны быть компенсированы.
2. Скорости подачи воздуха, который нагревается.
3. Неизбежных потерь тепла, которые осуществляются через стены помещения, окна, двери, вследствие сквозняков или иных причин.
4. Диаметра воздуховода с учетом аэродинамических характеристик всей системы, что позволит определить объем потерь воздушного напора.

Если расчет оказался неправильным, возможны перегревы тепловых нагревателей, возникновение вибрации, дополнительных шумов, что создает дискомфорт, а впоследствии приводит к выходу системы из строя.

Простой вариант воздушного обогрева дома

Наиболее простой вариант — это создать воздушно солнечное отопление своими руками из металлического профнастила. Расчет материала таков: для создания короба размерами 180х120х15 см понадобится влагостойкая фанера толщиной 1,2 см на боковые стенки и 0,7 см — на заднюю стенку.

По периметру готового короба к задней стенке прикрепляется брус 4х4 см, на который укладывается минеральная вата слоем толщиной 4 см. Полученная после утепления поверхность зашивается профнастилом и окрашивается черной матовой краской с термостойкими характеристиками.

Принцип работы воздушного коллектора.

В середине короба прибиваются планки, размер которых соответствует расстоянию от стенки до стекла, которое будет затем установлено. Планки прибиваются в виде лабиринта, чтобы создавалась необходимая циркуляция воздуха. В нижней части боковой стенки прорезается прямоугольное отверстие, через которое осуществляется подача воздуха. Отверстие защищается сеткой или воздушным фильтром. Остекление солнечного коллектора дополняется тщательной герметизацией всех стыков.

С противоположной к отверстию подачи воздуха стороны прорезается еще одно отверстие, в котором устанавливается вентилятор. Когда лучи солнца попадут на профнастил, образуется тепло. Оно затем и будет нагнетаться для отопления помещения. Солнечное отопление своими руками позволяет при температуре +10°С получать около 60°C на выходном отверстии.

Используем водосточные трубы для обогрева

Воздушно солнечное отопление своими руками из профнастила позволяет экономить на дорогостоящих энергоносителях в весенне-осенний период при условии отопления небольших площадей. Более внушительные размеры и отдачу имеет воздушное солнечное отопление, созданное из теплопроводных алюминиевых труб преимущественно прямоугольного сечения.

Коллектор состоит из большого короба, длина которого равна длине дома. На создание прочного каркаса идут доски толщиной 3-4 см и влагостойкая фанера от 0,8 до 1 см. Принцип создания коллектора такой же, как и в случае с профнастилом: задняя стенка сбитого короба утепляется минеральной ватой, боковые — пенопластом. Слой минеральной ваты покрывается алюминиевым листом, к которому с помощью хомутов прикрепляются трубы.

На рисунке схематически изображен принцип работы воздушных солнечных коллекторов.

Коллектор из алюминиевых труб, обеспечивающий воздушное солнечное отопление, имеет особенность: входное и выходное отверстия для воздуха располагается в одной его части и разделяются деревянными перегородками. Далее производится остекление (можно использовать прозрачный шифер), покраска и установка вентиляторов на вход и выход.

Готовый коллектор устанавливается под углом к дому, а к нему по утепленной пенопластом траншее подводятся воздуховоды.

Воздушно солнечное отопление своими руками, созданное по описанной технологии, в зимнее время до 15.00 включительно при минусовой температуре не ниже 10°С позволяет получать на выходе воздух температурой 65°С. Расчет объемов тепла, которые можно получить в летнее время, дает еще более внушительные показатели, поэтому рекомендуется во избежание перегрева затенять оборудование.

Нагреваем воду солнечной энергией

Солнечные водонагреватели можно приобрести в магазинах или создать своими руками. Цена на оборудование зависит от объема бака и количества и типа трубок. В среднем эти показатели составляют от 26 и до 80 тысяч (можно нагреть от 127 до 340 л воды).

Можно найти сотни конструкций такого оборудования, но наибольшим спросом пользуются переносные солнечные водонагреватели, которые в случае необходимости можно отвезти на дачу или взять с собой в поход. Отзывы подтверждают, что возможность иметь горячую воду сутки напролет — серьезный аргумент в пользу создания удобного коллектора.

Самой трудоемкой частью будущего водонагревателя является бак. Для его изготовления понадобится лист оцинкованного железа, из которого вырезается основа бака с припусками по 2-2,5 см. После придания формы стыки тщательно пропаиваются. Тщательный расчет позволит сделать работу из одного листа, но в случае неудачи можно создать конструкцию из двух оцинкованных листов.

Для змеевика используются тонкостенные медные или стальные трубки диаметром до 18 мм, которые припаиваются к коллектору по всей длине. Таким образом можно достичь более высоких показателей теплопроводности.

Далее схема работы та же, что и для создания воздушного солнечного коллектора. Из многослойной фанеры сбивается короб-кожух, дно которого теплоизолируется. Внутрь короба устанавливаются коллектор, бак, трубки и укрепляются с помощью металлических уголков.

После этого конструкция остекляется, крепятся опорные элементы. Чтобы система работала эффективно, необходимо ее установить таким образом, чтобы солнечные лучи падали на поверхность под прямым углом.

Энергия солнца, дающая нам свет, электричество, тепло, быстрыми темпами завоевывает все новые и новые рубежи. Уже никого не удивить различными приборами и устройствами на солнечных батареях, домашними гелиевыми электростанциями, различными светильниками, уличными гирляндами, светофорами, работающими от энергии солнечного света.

И конечно же, логичным направлением применения энергии солнца стало использование ее для отопления, нагрева воды не только в отдельно взятом частном доме, но и в больших домах, в общественных зданиях.

Конечно, солнечные системы не в состоянии обеспечить круглосуточный режим работы для нагрева воды. Но заменить в световой день традиционные ископаемые источники энергии – нефть, газ, уголь – они в состоянии. Поскольку солнечное отопление не требует потребления сырья, то отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, нет загрязнения окружающей среды.

Поэтому использование энергии солнца для отопления жилых домов, горячего водоснабжения с каждым годом будет приобретать все большее значение на фоне ожидаемого роста цен на нефть, газ, уголь.

Система солнечного отопления

В простейшем случае солнечная система отопления состоит из одного или нескольких солнечных коллекторов, соединенных в замкнутый контур с арматурой отопления – батареями или трубами, уложенными в полу. При этом батареи или трубы пола должны находиться выше коллекторов.

Тогда вода, нагреваемая в коллекторах, по законам конвекции будет подниматься в отопительные секции, а холодная вода будет опускаться к коллекторам. Батареи или трубы, упрятанные в пол, нагреваются и таким образом без каких-либо дополнительных устройств происходит обогрев помещения.

Простейшая схема солнечного отопления

Но это именно самая простая схема, поясняющая принцип построения системы. Реально же солнечное отопление дома подразумевает установку значительно более сложной системы. Прежде чем покупать солнечные нагреватели воды или делать их своими руками, нужно определить, какую площадь нужно отапливать, какая система отопления дома наиболее подходит для этих целей.

При этом нужно учитывать, что ни одна из гелиевых систем не сможет обеспечить круглосуточный режим работы. Для обогрева помещений в ночное время придется использовать традиционные средства отопления, работающие на одном из ископаемых энергоносителей.

Типовая схема солнечного отопления и горячего водоснабжения

Для небольшого дома с одной-двумя комнатами может быть использована система воздушного отопления от солнечных коллекторов. В таких установках в качестве теплоносителя используется воздух, который, нагреваясь в системе коллекторов, по воздуховодам поступает в обогреваемое помещение. Охлажденный воздух из этого помещения поступает в коллектор.

Схема солнечного воздушного отопления

Что касается систем солнечного отопления с жидким теплоносителем, то принципиально все они строятся одинаково. Различие заключается в типе коллекторов, используемых для нагрева теплоносителя.

Стандартный комплект состоит из коллекторов, бака-накопителя с двумя теплообменниками (один соединен с коллекторами, второй – с дополнительным нагревателем). Бак-накопитель должен быть снабжен хорошей теплоизоляцией. Циркуляция теплоносителя и воды в системе отопления поддерживается насосной группой.

Система отопления с плоским коллектором

Конструкция плоского коллектора настолько проста, что он свободно может быть изготовлен своими руками. Это устройство представляет собой короб, внутри которого размещается адсорбер, трубы с теплоносителем, теплоизоляция. Для его изготовления не требуются какие-то особые материалы. Все комплектующие вполне доступны. Это доски, ДВП, деревянные бруски, кровельное железо, пенопласт, медные трубы, каленое стекло, герметизирующие материалы, термостойкая черная краска.

Такое добротно собранное самодельное устройство способно разогреть теплоноситель в режиме застоя до 150°С. Как правило, в систему заливается вода с добавлением антифриза в такой пропорции, чтобы этот раствор не замерз зимой в ночное время, когда солнечный коллектор не работает.

Промышленный плоский коллектор

Коллектор или батареи коллекторов устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить максимальное освещение их солнцем. Как правило, это южная сторона крыши дома. Теплоноситель, циркулирующий в контуре устройства, подается насосом в теплообменник, расположенный в нижней части бака-накопителя. Непрерывно циркулируя в этой системе, теплоноситель нагревает воду в бойлере до 50°С – 60°С, что вполне достаточно для того, чтобы обогревать жилые помещения.

Плоские солнечные коллекторы на крыше отеля и частного дома

Чтобы обеспечить непрерывное поступление тепла в жилые помещения в ночное время, устанавливается система резервного подогрева воды, работающая на традиционных источниках энергии – газе, электричестве, угле, дровах. Теплоноситель, циркулирующий в резервной системе, поступает в теплообменник, расположенный над основным.

Тем самым обеспечивается подогрев воды в бойлере и непрерывный цикл отопления. Если система резервного отопления, работающая на угле и дровах, может быть запущена только вручную, то газовая и электрическая системы могут включаться автоматически, под управлением специального блока управления.

Система отопления с вакуумным коллектором

Эта система отличается от предыдущей только конструкцией коллектора. В этом устройстве для нагрева теплоносителя используются вакуумные трубки. В сущности, эти вакуумные трубки представляют собой модифицированный сосуд Дьюара.

Двойная стеклянная трубка, в которой из межстеночного промежутка откачан воздух. Тем самым обеспечивается надежная теплоизоляция внутренней трубки. Во внутренней трубке находится адсорбер и медная труба, верхний конец которой имеет несколько больший диаметр, чем сама труба, и запаян. Предварительно труба наполняется легкокипящей жидкостью.

Под воздействием солнечного излучения трубка нагревается, жидкость в ней начинает кипеть, пар поднимается в наконечник. Там он отдает свое тепло, возвращается в жидкое состояние и стекает по законам конвекции вниз. Этот процесс продолжается непрерывно, разогревая при этом наконечник до 250°С -280°С. Пятнадцать-двадцать таких трубок монтируются в единую конструкцию – коллектор. Наконечники вставляются в трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Теплоноситель разогревается до 60°С - 80°С и подается в теплообменник бойлера.

Схема вакуумной трубки

Сам же вакуумный коллектор устанавливается наклонно, для обеспечения свободной циркуляции жидкости в медных трубках. За исключением коллектора, эта система отопления ничем не отличается от системы на базе плоского коллектора.

Вакуумные коллекторы на крыше дома

Система отопления с параболоцилиндрическим зеркалом

Такое устройство представляет собой наиболее громоздкую и сложную в эксплуатации конструкцию. Это длинное (несколько метров) зеркало, изогнутое в параболу. Такое зеркало можно сделать самому, изогнув, к примеру, лист фанеры и обклеив его с внутренней стороны алюминиевой фольгой.

Такое параболоцилиндрическое зеркало устанавливается на устойчивой раме. В фокусе зеркала устанавливается длинная труба, по которой циркулирует теплоноситель. При правильном определении фокуса зеркала и установке трубы в этом фокусе температура по линии нагрева трубы может достигать 250°С – 300°С. Но это при условии правильной установки и ориентации зеркала на солнце.

Параболоцилиндрический зеркальный коллектор

Последнее условие является очень важным, так как при неправильной ориентации зеркала теряется мощность нагрева, и температура на трубе существенно падает. Чтобы этого не произошло, установку с параболоцилиндрическим зеркалом необходимо оснастить следящим устройством с исполнительным механизмом.

Следящее устройство будет отслеживать положение солнца и соответствующим образом ориентировать зеркало в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Это значительно усложняет, а следовательно, удорожает конструкцию.

Если кроме солнечных коллекторов будет установлен еще и комплект солнечных батарей, снабжающих дом электричеством, то в результате можно получить абсолютно автономное энергообеспечение дома, которое никак не зависит от общих сетей энергоснабжения.

Вакуумные коллекторы и гелиевые фотоэлектрические батареи

Солнце будет снабжать дом электричеством и теплом, а в ночное время электричество, накопленное за световой день, будет подогревать воду в резервной системе отопления. Блок управления будет следить за своевременным включением и отключением нужных устройств, регулировать температуру внутри помещений. И это не далекое будущее. Это работает уже сейчас.

Не секрет, что львиная доля коммунальных услуг уходит на оплату электричества, отопления и горячего водоснабжения. Добыть энергию из невозобновляемых источников — задача не из легких. Нет такой страны, где отопление стоило бы дешево. Поэтому многие жители северных и южных регионов обращают внимание на возможность использования солнечной энергии для отопления. Использовать солнечные лучи для бытовых нужд хотел бы любой владелец частного дома. Энергия, добытая таким способом, абсолютно бесплатна и неиссякаема.

Однако не все так просто. Для одной лампочки не нужна большая мощность. Но для семьи из трех человек необходимо от 200 до 500 квт в месяц на бытовые приборы. Насколько реально оснастить свой дом современной системой отопления на основе солнечных батарей? Для начала рассмотрим плюсы и минусы альтернативного отопления.

Преимущества и недостатки отопления солнечной энергией

Кроме экономии средств, на какие еще достоинства можно обратить внимание?

• Энергонезависимость. Вы не зависите от цен на газ, нефть или уголь. Экономическая конъюнктура в стране также не влияет на количество тепла в доме.
• Экологичность и безопасность. Не нужно опасаться утечки газа или отходов от применения обычных видов топлива.
• Установка не требует специальных разрешений или согласований.

К недостаткам следует отнести следующие:

• большие вложения на первых порах. Обычно система отопления окупается за 3-4 года. Но оборудование стоит недешево. Один модуль может стоить в пределах от 2200 до 17000 рублей. Так как мощность должна быть высокой, то количество панелей должно быть внушительным. Подсчитано, что на установку альтернативной системы отопления может уйти до 200000 р.;
• зависимость от географического положения и времени года. В средней полосе России использование солнечной энергии для отопления жилого дома оправдано с апреля по сентябрь. В этот период на 90% покрывается потребность в энергии. Зимой в отопительный сезон с ноября по март — только на 10 — 50%. Все дело в количестве солнечных дней в году — их должно быть не менее 200;
• издержки эксплуатации. Необходимо следить за состоянием коллекторов и батарей. Чистка, замена деталей может отнять много времени, сил и повлечь дополнительные расходы;
• в некоторых случаях необходимо оборудовать солнечные батареи системами слежения.

Несмотря на недостатки, альтернативные способы солнечного нагрева воды для отопления завоевывают все большую популярность. Они долговечны и быстро окупаются.

Специалисты советуют разрабатывать систему отопления на солнечных батареях еще до постройки дома, включая его в проект. Какие же материалы и оборудование лучше всего использовать при установке своего “солнечного отопления”?

Принцип работы батарей для нагрева воды солнечной энергией основан на поглощении света фотоэлементами. Они преобразуют энергию солнца в постоянный электрический ток, который затем подается на инвертор. Здесь постоянный ток преобразуется в переменный. Все бытовые приборы и электрический водонагреватель работают на переменном токе. Аккумулятор накапливает поступающую энергию для использования ночью или в пасмурные дни.

Энергонезависимый дом можно узнать по крыше, покрытой фотоэлектрическими панелями. Один квадратный метр модуля производит 120-250 Вт. Для того чтобы обеспечить электричеством дом, необходимо покрыть панелями 25 кв.м. площади. Для отопления необходимо еще больше энергии. Так что не только крыша дома, но и дополнительные постройки необходимы для достижения нужной мощности.

Солнечные батареи на кремниевых полупроводниках обычно используются в “солнечных” регионах. Но не только о странах ближе к экватору идет речь. В северных широтах, например, на Чукотке, использовать фотоэлементы очень эффективно из-за большого количества солнечных дней.

Нагрев воды с помощью солнечной энергии происходит в специальном баке. При достижении нужной температуры горячая вода вытесняет холодную и заполняет отопительную систему.

Главный недостаток в том, что солнечные батареи не позволяют непосредственно преобразовать энергию солнца в тепло. Для этой цели используют гелиоколлекторы.

В случае с гелиоколлекторами солнечные лучи воздействуют не на полупроводник, а на теплоноситель. Он нагревается и отдает тепло системе отопления. Так происходит отопление солнечной энергией. Различают два вида коллекторов:

• Плоские солнечные коллекторы оснащены системой трубок, подсоединенных к специальной пластине. Теплоноситель из воды и гликоля проходит по трубкам, нагревается и идет на выход. Преимущество этого вида коллекторов состоит в том, что их можно сделать своими руками. Однако, при всей простоте, подходит этот вариант для южных регионов. Вода нагревается до 45-60 градусов максимум. Для холодных зим этого недостаточно.
• Трубчатые коллекторы подходят для северных широт. Змейка из трубок оснащена надежной теплоизоляцией. Потерь тепла не происходит, как в случае с плоскими аналогами. Система теплообменных трубок также различается. Обычная система U-type считается более надежной, но не работает ночью. Система Heat-pipe идеально подходит для стран с постоянными туманами и суровыми зимами, так как требует незначительного количества солнечной энергии. Но нужно уточнить, какое вещество используется в системе. Так как производительность может отличаться. Оба вида коллекторов используют насос. Носитель тепла может двигаться самотеком. Но эффективность солнечного нагрева воды для отопления в этом случае низкая.

При выборе того или иного способа солнечного отопления не стоит забывать о том, что полностью избавиться от традиционных методов обогрева вряд ли получится. Разумнее всего использовать комбинированные варианты.

Правильный выбор системы отопления солнечной энергией

Солнечные батареи можно совмещать с гелиоколлекторами. Фотоэлементы подойдут для выработки электричества для насоса и бытовых приборов. Более мощные солнечные коллекторы полностью покроют потребность в теплоснабжении.

Газовый котел необходимо оставить как резервный вариант. В некоторых случаях альтернативное отопление может стать дополнением к основному методу отопления, а не наоборот. Например, в случае поломки.

Существует вариант сделать отопление от солнечной энергии своими руками. Но количество солнечных дней не всегда соответствует действительности. Величина инсоляции для каждого региона известна, но полагаться на метеослужбу опасно.

Поэтому перед установкой альтернативной системы теплоснабжения необходимо тщательно продумать все детали. В этом могут помочь специалисты в этой сфере. С их помощью можно найти оптимальное решение.