Отопление дома энергией Солнца. Солнечный коллектор – Всё о выживании

Основные достоинства и недостатки солнечных батарей для обогрева жилища. Пошаговая установка системы для отопления частного дома. Принцип работы фотоэлектрических коллекторов.

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

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

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

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

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 (прочитайте: “

Гелиосистема своими руками

“). 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.

Конструктивные особенности солнечных нагревателей

Для того чтобы оборудовать полноценную домашнюю гелиосистему, или «солнечный обогреватель», вам понадобится приобрести несколько фотоэлементов, которые при установке соединяют между собой. Такие модули представляют собой прочные пластины, изготовленные из кремния. Стоимость пластин напрямую зависит от их качества. Чем выше «чистота» фотоэлементов, тем они прочнее и тем больше их коэффициент полезного действия.

Солнечное отопление

Суть процесса сводится к поглощению тепловой энергии солнца и передаче его теплоносителю, который, в свою очередь, должен быть перемещен в отопительную систему дома и передать тепло воздуху в помещениях. Учитывая, насколько сильно нагревается оставленная в открытой посуде в полдень вода, ничего сверхъестественного процесс собой не представляет.

К сожалению, наибольшую эффективность такая система будет иметь в период максимальной активности светила, то есть, в период с мая-месяца по август, когда солнечный день имеет наибольшую продолжительность и выпадает наименьшее количество осадков. В зимне-осенний период, когда возникает надобность в отоплении, картина выглядит иначе.

Короткий солнечный день уже ограничивает срок использования гелиоустройства. В пасмурные дни применить ни коллектор, ни батарею не удастся. Поэтому использовать солнечное отопление в качестве основного не представляется возможным. Однако как альтернативный источник тепла зимой, и горячей воды летом, система вполне эффективна.

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.

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.

Учет окружающих факторов

Солнечные обогреватели для дома оптимально работают при следующих условиях:

• при температуре +25С;
• при световом потоке 1000 Вт/м2;
• в спектре АМ 1,5.

Аббревиатура АМ обозначает спектр Солнца, который наблюдают в средних континентальных широтах США. Именно исходя из них, принято испытывать параметры всех солнечных систем. Широта АМ находится в южном направлении от Москвы и в российских регионах ее принято обозначать там, где расположены Ростов-на-Дону или Волгоград.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

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

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

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

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

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

Рост популярности применения солнечной энергии

Если вы поищете в интернете, то найдете немало положительных и даже восторженных отзывов о солнечных батареях от тех, кто уже их поставил. Их популярность растет по ряду причин. Например, стоимость использования того же газа или угля постоянно растет, а солнечные электростанции – это отличный резерв энергии для домов в небольших населенных пунктах, где часто отключают электричество. Солнечная энергия – лучшее решение для местностей, где рядом отсутствуют линии электропередач, и провести их нет технической возможности.

В промышленных масштабах производство таких установок налажено в таких странах, как:

• Германия;
• США;
• Китай;
• Украина;
• Россия.

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.

Способы подключения к системе отопления

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

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

Схема с водяным коллектором

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

1. Летний вариант для горячего водоснабжения
2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

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

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

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

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

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

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

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

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

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

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

Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете в этой статье.

Что такое энергосберегающее отопление

Если сделать аналогичный запрос в любой поисковой системе, то в выдачу в основном попадёт реклама различных электрических источников тепла, возможно, альтернативные установки – тепловые насосы, солнечные коллекторы. Мягко говоря, это выглядит несколько парадоксально, ведь электрическое отопление всегда было и будет самым затратным способом обогреть дом.

Очевидно, что энергосберегающие системы отопления – это те, что позволяют более выгодно расходовать имеющиеся топливно-энергетические ресурсы при поддержании заданного температурного режима внутри помещений.

Тепловизионная съёмка позволяет определить слабые места объекта, которые нужно утеплять в первую очередь

Вряд ли этим определением можно характеризовать какой-то один тип отопления и тем более какие-то отдельно взятые модели теплогенераторов. А если уж на то пошло, тогда, чтобы сделать подобное громкое заявление, сравнивать нужно не только с «одноклассниками», а со всеми доступными вариантами. Технологических прорывов уже давно не было, не нужно искать чудо. В данном случае настоящее энергосбережение заключается в целом комплексе мер, который направлен на экономию средств. Какими путями она достигается, это уже другой вопрос. В силу объективных и субъективных причин для каждого объекта и для каждого пользователя они будут разными, но общие направления обозначить можно.

Активное отопление солнечный свет собирают вакуумные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор, оснащённый системой принудительной передачи и распределения энергии, способен дать намного больше тепла по сравнению с пассивным вариантом. Скорость циркуляции воздуха автоматически регулируется в зависимости от температуры в доме и степени нагрева коллектора. Нагретый в коллекторах воздух может поступать в систему вентиляции или помещения напрямую. Если его температура достаточно высока, он может использоваться и для нагрева жидкого теплоносителя. Излишки дневной энергии запасают на ночь в теплоаккумуляторах.

Солнечное воздушное отопление на основе гелиоколлектора. Из пустотелой панели (1) по воздушным каналам (6) вентилятор гонит воздух в техническое помещение, где автоматика в зависимости от ситуации распределяет его в блок воздухоподготовки (3) либо массивный теплоаккумулятор (2). Параллельно может нагреваться и змеевик горячего водоснабжения (5). Днём, когда помещения нуждаются в нагреве, система работает в режиме В, тёплый воздух из коллектора направляется в комнаты. При достижении необходимой температуры в доме воздушный поток перенаправляется в теплоаккумулятор, режим А. Ночью, когда коллектор не даёт тепла, заслонка закрывает канал, ведущий к нему, циркуляция осуществляется между теплоаккумулятором и помещениями.

Вакуумный солнечный коллектор

Наиболее совершенное на сегодняшний день устройство для гелиоотопления.

Принципиальная схема вакуумного солнечного коллектора. Жидкий абсорбер, циркулирующий по U-образным трубкам, при нагревании испаряется и поднимается вверх, в коллектор. Последний подсоединён к контуру системы отопления и по нему, в свою очередь, циркулирует жидкий теплоноситель. Абсорбер отдаёт энергию теплоносителю, остывает, конденсируется, опускается вниз. Цикл повторяется

Солнечное отопление загородного дома на основе вакуумных коллекторов значительно эффективнее других гелиосистем, однако, помимо традиционной для гелиосистем неравномерности генерации тепла, у него имеется ещё три существенных недостатка: на сильном морозе теплоотдача резко падает, установки хрупки и дорого стоят.

Вакуумные солнечные коллекторы следует устанавливать таким образом, чтобы они были защищены от вандалов. Это особенно актуально для нашей страны, попасть камешком в стеклянную трубочку — милое дело

Вакуумные панели не подключают к системе отопления напрямую. Необходимы, как минимум, буферные ёмкости, которые будут сглаживать неравномерность выработки тепла.

«Правильная» схема подключения вакуумного гелиоколлектора к системе отопления. Тепло передаётся не напрямую, а через теплообменник, дневные излишки тепла на ночь запасаются в теплоаккумуляторе (буферном баке)

Обратите внимание, что на схеме изображён «нормальный» отопительный котёл, солярная система лишь дополняет его

Электрические солнечные панели можно использовать для отопления лишь косвенно. Расходовать электроэнергию на нагрев помещений напрямую неразумно, ей можно найти более рациональное применение. Например, направить на работу вентиляторов и автоматики активных гелиосистем.

Пример расчета необходимой мощности

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.

С всеми видами альтернативных источников энергии и способами их использования вы сможете ознакомиться в представленной статье.

Советы по эксплуатации

1. Эксплуатация системы солнечного отопления производится в соответствии с конструкцией коллекторов, их количеством и прочими особенностями.
2. Основной задачей для владельца становится поддержание чистоты, своевременное удаление пыли и прочих загрязнений. Это позволяет обеспечить максимальный прием тепловой энергии, повысить эффективность всей системы в целом.
3. Необходимо качественно утеплить все соединительные трубопроводы и накопительную емкость, исключая теплопотери.
4. Рекомендуется всегда держать в запасе одну-две панели, чтобы в случае механического разрушения можно было оперативно произвести замену. Соблюдение этих несложных рекомендаций позволит повысить эффективность системы и обеспечить комфорт и уют в доме.

Применение биметаллических радиаторов

Если вы решили использовать в качестве источника энергии газ, то можно приобрести двухконтурный котел, который станет частью отопительной системы. Среди элементов последней будут радиаторы

Для того чтобы получить более высокий КПД, важно правильно подобрать батареи. Самыми современными из них являются биметаллические радиаторы, которые отличаются меньшей стоимостью и высокой отдачей тепла. Алюминиевое оребрение способно превосходно отдавать энергию, этот показатель для биметалла в 3 раза выше по сравнению со стальными батареями

Тепловая энергия при этом расходуется более рационально. Сэкономить можно не только в момент приобретения, но и эксплуатации оборудования, ведь высокая теплоотдача алюминия позволяет использовать меньшее количество теплоносителя. Тепловой поток при этом остается равным потоку от чугунных радиаторов. Это указывает на то, что биметаллические радиаторы могут обладать меньшими размерами, а вот форма их будет более привлекательной по сравнению с чугунными аналогами

Алюминиевое оребрение способно превосходно отдавать энергию, этот показатель для биметалла в 3 раза выше по сравнению со стальными батареями. Тепловая энергия при этом расходуется более рационально. Сэкономить можно не только в момент приобретения, но и эксплуатации оборудования, ведь высокая теплоотдача алюминия позволяет использовать меньшее количество теплоносителя. Тепловой поток при этом остается равным потоку от чугунных радиаторов. Это указывает на то, что биметаллические радиаторы могут обладать меньшими размерами, а вот форма их будет более привлекательной по сравнению с чугунными аналогами.

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.

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:

1. Коллектор.
2. Бак аккумулятор тепла.
3. Расширительный бак.
4. Циркуляционный насос.
5. 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.

Другие альтернативные системы без использования газа

Водородный котел – это альтернативный источник тепловой энергии, который отличается экологической чистотой. Принцип работы основан на реакции взаимодействия молекул кислорода и водорода. В результате этого взаимодействия выделяется огромное количество тепла

Однако для эксплуатации такого вида отопления важно строго соблюдать технику безопасности

Главный недостаток такого устройства в высокой стоимости используемого оборудования. Единственным способом экономии можно считать вариант с самостоятельным изготовлением оборудования. Для работы система должна быть постоянно подключенной к водоснабжению и электропитанию. Также нужна водородная горелка, сам котел, катализаторы и водородный генератор. Тепло, которое вырабатывается в результате химической реакции, подается в теплообменник. В результате работы установки образуются отходы – обычная вода.