Солнечные батареи для отопления дома – виды и особенности

Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора

В большинстве регионов России на обогрев жилых домов тратятся огромные суммы. Это заставляет домовладельцев искать дополнительные возможности в этой сфере. Энергия солнечного излучения – это экологически чистое и бесплатное тепло. Применяя современные технологии, можно использовать солнечную энергию для обогрева помещений в регионах средней и южной части России.

Возможности современных технологий

Поверхность земли получает различное количество солнечной энергии, все зависит от расположения территории относительно экватора и времени года. К примеру, в Заполярье солнца намного меньше, чем в экваториальной части. Кроме того летом солнечное излучение интенсивнее, чем в зимний период. При расчетах средних значений специалисты определили, что за один час квадратный метр поверхности земли получает около 160 Вт солнечной энергии. Современные системы отличаются высокой продуктивностью, благодаря чему появилась возможность использовать энергию солнечного излучения практически в любом месте.

Для получения максимального КПД при использовании солнечной энергии применяются два способа:

  • Прямое нагревание тепловых коллекторов. Прямые солнечные лучи нагревают тепловые коллекторы, они в свою очередь передают тепло жидкости в отопительном контуре и системе горячего водоснабжения. Тепловые коллекторы могут быть открытого и закрытого типа, могут иметь плоскую или сферическую форму. Тепловую энергию, получаемую с коллекторов можно использовать для нагревания рабочей среды в системе водоснабжения и теплоносителя в отопительной системе.
  • Применение солнечных батарей. В этом случае происходит преобразование солнечной энергии в электричество, которое в последствие передается потребителю через специальную систему.

Разработка решений по сбору, аккумулированию и применению энергии солнечных лучей довольно быстро прогрессирует. Однако в этой области есть много положительных и отрицательных сторон.

Преимущества и недостатки использования солнечных коллекторов и батарей

Основным преимуществом в использовании солнечных систем отопления является общедоступность. На втором месте стоит отсутствие выбросов. Солнечная энергия считается самым экологичным и естественным видом энергии.

Кроме того работа солнечных батарей и коллекторов отличается бесшумностью, а расположение на крыше здания позволяет сэкономить полезную площадь.

Основное неудобство при использовании солнечной энергии для дома потребители испытывают от непостоянного освещения. Например, в ночное время отсутствует возможность сбора энергии, а в зимнее время, когда требуется большое количество тепла, световой день довольно короткий.

Кроме этого необходимо постоянно следить за чистотой панелей, чтобы не снижать коэффициент полезного действия. Также следует учесть, что амортизация оборудования, работа циркуляционного насоса и управляющей электроники требует постоянных расходов.

Солнечные коллекторы открытого типа

Конструкция открытых солнечных коллекторов выполнена в виде системы трубок, незащищенных от внешних воздействий. Внутри этой системы циркулирует теплоноситель, который нагревается непосредственно от солнечных лучей. Трубки фиксируются на несущей панели в виде змейки или с параллельной укладкой рядов и выходят к патрубку. Трубки могут заполняться водой, газом, воздухом или антифризом.

Простая конструкция и отсутствие изоляции делает открытые коллекторы доступными по цене практически для всех потребителей. Кроме того домашние мастера имеют возможность сделать своими руками солнечное отопление частного дома.

Отсутствие изоляции на трубках системы не позволяет сохранять полученную солнечную энергию, поэтому такие системы имеют очень низкий КПД. Их основное использование приходится на нагревание воды в бассейнах и душах в летнее время. Чаще всего коллекторами открытого типа пользуются жители теплых и солнечных регионов, где температура воздуха и нагреваемой воды не имеет существенных перепадов. Наибольшая эффективность работы была отмечена в солнечную погоду при отсутствии ветра.

Солнечные коллекторы трубчатого типа

Для сборки трубчатого солнечного коллектора используются отдельные трубки, заполненные водой, газом или паром. Такая конструкция является одним из видов открытых гелиосистем, но с более теплоносителем, более защищенным от негативного воздействия внешних факторов. Сюда относятся вакуумные установки, устроенные по принципу термоса.

В трубчатом солнечном коллекторе трубки расположены параллельно с индивидуальным подключением к общей системе. Это позволяет заменять вышедшую из строя трубку новым элементом без ущерба для работы всей конструкции. Кроме того систему можно собирать непосредственно на крыше здания, что во многом упрощает монтажный процесс.

Главным преимуществом трубчатого солнечного коллектора является цилиндрическая форма основных элементов. Благодаря этому солнечная энергия собирается на протяжении всего светового дня, причем для этого не требуется установка дополнительных устройств, которые следят за передвижение солнца.

В зависимости от конструктивных особенностей солнечные коллекторы делятся на два вида: перьевые и коаксиальные.

Трубки коаксиального типа имеют некоторое сходство с обычным термосом. Их конструкция представляет собой две колбы с откачанным между ними воздухом. Поверхность внутри первой колбы покрыта высокоселективным веществом, которое способно максимально поглощать солнечную энергию. Именно этот слой служит своеобразным проводником тепловой энергии к внутреннему теплообменнику, состоящему из алюминиевых пластинок. Однако этот этап характеризуется большим количеством нежелательных потерь тепла.

Трубки перьевого типа выполнены из стекла и имеют цилиндрическую форму, внутри стеклянного цилиндра располагается перьевой абсорбер. Отсутствие воздуха внутри трубки существенно повышает теплоизоляционные характеристики. Количество передаваемого от абсорбера тепла практически не снижается, следовательно, коэффициент полезного действия таких коллекторов значительно выше.

Передача тепла осуществляется прямоточной системой и посредством термотрубки.

Термотрубка – это запаянная емкость, внутрь которой залита легкоиспаряющаяся жидкость, в качестве которой чаще всего используется вода под низким давлением. Нагреваясь от внутренних стенок емкости или перьевого абсорбера, жидкость закипает, и ее пары поднимаются вверх. После передачи тепловой энергии теплоносителю отопительной системы или горячего водоснабжения происходит конденсация пара в жидкость, которая по стенкам стекает вниз.

Прямоточная система представляет собой U-образную трубку с циркулирующим внутри теплоносителем.

В одной половине трубки располагается холодный теплоноситель, посредством второй части отводится нагретая жидкость. При повышении температуры происходит расширение теплоносителя, и он поступает в накопительный бачок для обеспечения естественной циркуляции.

Главным условием расположения термотрубки и прямоточной системы является создание определенного угла наклона, который не должен быть меньше 20 градусов.

Наибольшей эффективностью характеризуются системы прямоточного типа, так как в них непосредственно нагревается теплоноситель.

Преимущества и недостатки систем отопления

Как и любая система, трубчатые солнечные коллекторы имеют свои положительные и отрицательные стороны. Из достоинств системы можно выделить следующее:

  • Незначительные потери тепла.
  • Возможность использования при достаточно низкой температуре воздуха, до -30 градусов.
  • Высокий коэффициент полезного действия на протяжении всего светового дня.
  • Высокие показатели работоспособности в регионах с холодным и умеренным климатом.
  • Невысокая парусность, которая объясняется тем, что трубчатые системы пропускают через себя основное количество воздушных масс.
  • Способность нагревать теплоноситель до высокой температуры.
  • Долгий эксплуатационный срок.

Из недостатков системы особое внимание привлекает следующее:

  • Система не способна самостоятельно очищать снег, лед и иней.
  • Высокий ценовой уровень.

Что касается высокой стоимости, то здесь следует отметить, что трубчатые коллекторы окупаются за достаточно короткое время.

Плоские солнечные коллекторы закрытого типа

Конструкция плоского коллектора представляет собой алюминиевый каркас со специальным поглощающим слоем и прозрачным покрытием. Также сюда входит трубопровод и утеплитель.

В качестве абсорбирующего слоя используется зачерненная листовая медь с отличной теплопроводностью, идеально подходящей для создания гелиосистем. Абсорбер поглощает энергию солнечного излучения и передает ее теплоносителю, который циркулирует по примыкающему трубопроводу.

Наружная часть панели имеет защиту в виде прозрачного покрытия, для изготовления которого использовалось закаленное стекло, устойчивое к механическим повреждениям. Это позволяет создать надежную защиту от града. Полоса пропускания такого стекла составляет 0,4-1,8 мкм, что достаточно для максимально солнечного излучения. Внутренняя сторона панели имеет хороший теплоизоляционный слой.

Закрытые плоские панели имеет ряд неоспоримых преимуществ:

  • Простая конструкция.
  • Высокая эффективность при использовании в теплых регионах.
  • Наличие приспособления для изменения угла наклона панели, позволяющее выбрать оптимальное расположение конструкции.
  • Самостоятельная очистка от инея и снега.
  • Приемлемая стоимость.
  • Долгий срок эксплуатации, качественные изделия могут прослужить до полувека.

Если использование системы было включено в проект здания, то в этом случае можно получить большую выгоду.

Из недостатков внимание привлекает следующее:

  • Высокие потери тепла.
  • Достаточно большая масса конструкции.
  • Высокая парусность наклонно расположенных панелей.
  • Низкая производительность при температурных изменениях до 40 градусов.

Область использования плоских закрытых панелей для отопления дома с помощью солнечных батарей достаточно широкая:

  • Летом системы полностью удовлетворяют потребности в горячей воде.
  • Между отопительными сезонами они способны заменить газовые приборы отопления и электрические обогреватели.

Сравнительные характеристики некоторых видов солнечных коллекторов

Основной характеристикой любого солнечного коллектора является его производительность. В зависимости от конструктивных особенностей и разности температур определяется КПД системы. при этом стоит учесть, что стоимость плоских коллекторов значительно ниже, чем аналогичный показатель трубчатых систем.

Выбирая солнечный коллектор, следует внимательно изучить параметры, от которых зависит эффективность солнечного водяного отопления и мощность конструкции.

Солнечные коллекторы имеют ряд достаточно важных характеристик:

  • По коэффициенту адсорбции можно определить отношение общей и поглощенной энергии солнечного излучения.
  • По коэффициенту эмиссии определяется отношение количества переданного тепла и поглощенной энергии.
  • Соотношение общей и апертурной площади.
  • Коэффициент полезного действия.

Под апертурной площадью следует понимать рабочую площадь коллектора. Системы плоского типа характеризуются максимальными значениями этого показателя. Апертурная площадь соответствует площади абсорбирующего слоя.

Способы подключения к отопительной системе

Одним из недостатков солнечных коллекторов является невозможность постоянного снабжения энергией. Следовательно, при подключении важно подобрать систему, которая способна работать в ограниченном режиме.

В регионах средней части России солнечные коллекторы используются в качестве дополнительного источника тепла, так как не гарантируют постоянного потока энергии. Подключение солнечных коллекторов и батарей к функционирующей системе отопления и горячего водоснабжения имеет некоторые отличия, которые обязательно следует учитывать.

Подключение тепловых коллекторов

Схема подключения определяется прямым назначением конструкции, чаще всего применяется два варианта:

  • Для нагревания воды в летнее время.
  • Для нагревания теплоносителя зимой в системах отопления и горячего водоснабжения.

Первый вариант отличается своей простотой, его работа основана на естественном перемещении теплоносителя. Следовательно, такая схема использования солнечной энергии для частного дома может использоваться без циркуляционного насоса. Принцип работы выглядит следующим образом: при нагревании солнечными лучами вода в коллекторе расширяется и поступает в накопительный бачок. На место уходящей воды засасывается холодная жидкость.

Однако следует учитывать, что для большей эффективности работы системы с естественной циркуляцией необходимо создать определенный угол наклона. Кроме того важно расположить накопительный бак на более высоком уровне, чем солнечный коллектор.

Для поддержания высокой температуры теплоносителя аккумулирующий бак требует дополнительной теплоизоляции.

Максимально эффективная работа солнечного коллектора требует использования более сложной схемы подключения.

В систему заливают незамерзающий теплоноситель и врезают циркуляционный насос. Для управления его работой устанавливают контроллер и температурные датчики. Первый датчик показывает значения температуры воды в аккумулирующем бачке, второй датчик устанавливают на трубе, подающей горячий теплоноситель от солнечного коллектора. Такая схема работает по следующему принципу: при нагревании воды в баке выше заданных параметров происходит отключение циркуляционного насоса, и движение теплоносителя прекращается. Когда температура понижается до контрольных значений, контроллер включает котел отопления.

Как подключаются солнечные батареи

Схема подключения солнечного коллектора, при которой происходит накопление энергии солнечного излучения, не может использоваться для подключения солнечных батарей. В этом случае придется дополнительно устанавливать дорогостоящий блок аккумуляторов. Следовательно, необходимо воспользоваться другим вариантом.

Энергия с солнечных батарей передается контроллеру заряда, который предназначен для постоянной подачи энергии аккумуляторам и стабилизации напряжения. При поступлении электричества на инвертор постоянный ток преобразуется в переменный однофазный ток 220 В.

Получение универсального вида энергии для отопления дома от солнца делает солнечные батареи более выгодными, но не стоит забывать о меньшей эффективности этой системы. Также следует учесть, что солнечный коллектор не может накапливать энергию, как это делают солнечные батареи.

Расчет мощности

Чтобы выгодно использовать солнечные коллекторы, важно учитывать следующие рекомендации производителей:

  • Система должна обеспечивать горячее водоснабжение лишь на 70%.
  • В отопительную систему от солнечных коллекторов может поступать не больше 30% энергии.

Только в этом случае можно добиться экономии расходов на отопление и горячее водоснабжение почти на 40%.

При расчетах мощности коллектора для отопления дома солнечной энергией также следует учитывать расположение системы, угол наклона панелей и среднегодовую температуру в регионе.

Солнечные батареи для отопления дома: типы батарей, особенности выбора, установка, отзывы пользователей

Используя солнечные батареи для отопления частного дома, каждый из нас может сберечь немалую часть содержимого своего кошелька.

Но какой из предлагаемых на сегодняшний день элементов выбрать, чтобы внедрение технологии принесло максимальный результат?

Тех, кто заинтересовался данным вопросом, приглашаем ознакомиться с нижеизложенным материалом.

Разновидности

В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.

Фотоэлектрические элементы

Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.

Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.

По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.

Кремниевые

К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.

В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:

  • монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%;
  • поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.
Пленочные

При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.

Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:

  • теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%);
  • аморфный кремний (КПД – 11% – 13%).
Концентраторные

Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.

Комплектация отопительной системы

Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:

  • собственно батареи;
  • аккумулятор;
  • контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора;
  • инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В;
  • конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.

Сетевая фотоэлектрическая система

Солнечные коллекторы

Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.

В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.

Комплектация гелиосистемы

Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:

  • солнечный коллектор;
  • циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными);
  • емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора;
  • контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.

Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Достоинства и недостатки

Запитка системы отопления от солнечной батареи дает несколько выгод:

  1. Бесплатное тепло.
  2. Экологичность. Отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду, а также уменьшается скорость расходования невозобновляемых энергетических ресурсов.
  3. Простота эксплуатации. Нет нужды связываться с доставкой и хранением какого-либо вида топлива, а также чисткой котла и дымохода. Не понадобится сооружать огромный теплообменник, как в случае с геотермальным отоплением. Правда, батареи необходимо очищать от пыли и грязи, но делать это приходится не так уж часто.

Однако, для рассматриваемой здесь технологии характерны и весьма существенные недостатки:

  1. Высокая стоимость оборудования для солнечных батарей для дома: в особенной степени это касается фотоэлементов. Стоимость 120-ваттного модуля отечественного производства варьируется в пределах от 10 до 16 тыс. руб. Солнечные коллекторы благодаря простоте изготовления получаются более доступными, но и они не каждому окажутся по карману: установка, генерирующая в солнечную погоду 1,5 кВт тепловой энергии, обойдется примерно в 20 тыс. руб.
  2. Хотя щедрое Солнце светит без перерывов и выходных, постоянно меняющиеся погодные условия делают этот источник энергии весьма нестабильным.
  3. Подверженность влиянию внешних факторов: выставленная на открытом воздухе солнечная батарея в качестве защиты может иметь лишь тонкий слой стекла. В ураган или при выпадении крупного града оно, конечно же, окажется бесполезным. При этом урон из-за высокой стоимости элементов будет весьма значительным.

Традиционные способы обогрева помещения не всегда удобны и выгодны, ведь дрова дорогие, а подвод газа осуществляется не везде. Отопление без газа и дров – выход из ситуации. Рассмотрим варианты: пиролизные и жидкотопливные котлы, тепловые насосы и солнечные батареи.

О том, как соорудить бойлер косвенного нагрева своими руками, читайте тут.

С ростом цен на энергоносители стоимость отопления также постоянно растет. В этой рубрике https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/geotermalnoe.html вы найдете информацию о геотермальном отоплении. Можно ли его считать альтернативой привычным способам обогрева помещения?

Особенности выбора

На работу в системах отопления ориентированы прежде всего солнечные коллекторы. Они усваивают тепло напрямую, а потому характеризуются наименьшими потерями.

Если позволяют средства, лучше приобрести вакуумную установку, которая является более экономичной. Для частного дома следует выбирать гелиосистему с жидким теплоносителем.

Жидкость имеет большую теплопроводность, что позволяет солнечному отоплению работать достаточно эффективно даже при небольших размерах коллектора. Если же необходимо обеспечить обогрев склада или павильона, то есть одноэтажного здания с большой площадью, более целесообразным будет применение воздушных коллекторов, но при условии, что вся поверхность крыши может быть отведена под их установку. За счет значительных размеров такая система обеспечит достаточное количество тепла, при этом возможность замерзания теплоносителя или его утечки будут полностью исключены.

Фотоэлектрические батареи ввиду низкого КПД и высокой стоимости для отопления домов почти не применяются, но сбрасывать их со счетов не следует. При интенсивной инсоляции их мощность будет вполне достаточной для подключения котла или кабельной системы «теплый пол». При этом владелец получит надежную и бесшумную систему, которая не нуждается в применении насоса или вентилятора.

Если для вашего региона характерно большое количество солнечных дней (20 и более в месяц), стоит выбрать монокристаллическую кремниевую батарею, эффективно работающую с направленным излучением.

Если же преобладают пасмурные дни, более подходящими окажутся поликристаллические элементы, способные хорошо усваивать рассеянный свет.

Солнечные батареи для отопления частного дома

Владельцы загородных коттеджей нередко устанавливают солнечные батареи для отопления дома. Популярность такой конструкции легко объяснить: экономия на топливе и экологически чистая система жизнеобеспечения. При умелом использовании энергии солнца, ветра или воды вполне реально превратить небольшую дачную постройку в современное экожилище. Но для начала стоит разобраться, как это сделать и насколько такие батареи выгодны жильцам.

  • 1. Методы использования
  • 2. Плюсы и минусы
  • 3. Основные виды
  • 4. Установка системы

Энергию солнечного света применяют уже давно и успешно, поэтому технология не является инновацией. Но пользуются такой услугой чаще всего жители жарких стран и южных широт, так как в теплых климатических условиях добывать такой альтернативный ресурс можно круглогодично. А вот северные регионы, где существует недостаток естественного излучения, используют солнечное отопление только как дополнительный вариант.

Своеобразными посредниками между солнцем и механизмом, который образует энергию, являются солнечные батареи и специальные коллекторы. Притом эти элементы могут различаться как по назначению, так и по конструкции. Но суть их работы заключается в аккумулировании солнечной энергии для последующего использования.

Батареи представлены в виде панелей, на одной стороне которых имеются фотоэлементы, а на другой — фиксирующий механизм. Такую конструкцию вполне реально смонтировать самостоятельно, но можно приобрести уже готовые изделия, продающиеся в широком ассортименте.

Гелиосистема — прибор, который является частью системы отопления. Он представляет собой большой теплоизолированный короб, в который встроен теплоноситель. Такое устройство вместе с батареями закрепляют на приподнятом щите, обращенном к светилу. Разрешается также просто уложить обогревательные элементы на скате крыши.

Можно значительно повысить эффективность отопительной системы, если поместить батареи на специальные динамические механизмы. Эти устройства работают по принципу системы слежения, то есть поворачиваются в ту сторону, куда направлены лучи солнца.

Само преобразование осуществляется в трубах, которые расположены внутри коробки. Использовать солнечные батареи для отопления дома зимой вполне реально, но при условии, что солнечных дней в году будет не меньше двухсот.

Система, позволяющая обогреть дом солнечной энергией, имеет большое количество положительных качеств. Каждое из них довольно весомое, что позволяет жильцам экспериментировать. Главные достоинства батарей заключаются в следующем:

  1. 1. Экологичность. Установка абсолютно безопасна как для жильцов, так и для окружающей среды. Это связано с тем, что для обогрева дома солнечными батареями не используется традиционное топливо.
  2. 2. Автономность. Потребитель совершенно не зависит от цен на электроэнергию или экономической обстановки в стране.
  3. 3. Общедоступность. Чтобы установить систему в частном доме, не требуется никакой разрешительной документации от государственных инстанций.
  4. 4. Экономичность. При использовании коллекторов значительно снижаются затраты на горячее водоснабжение.

Кроме положительных аспектов существуют и отрицательные моменты. Например, чтобы определить, насколько качественно и эффективно работает система, требуется длительное время (от 3 до 5 лет). В этот период энергии должно быть в достаточно и использовать ее необходимо в активном режиме. К минусам солнечных батарей можно также отнести следующие факторы:

  • высокая стоимость комплектующих деталей, необходимых для подключения и запуска конструкции;
  • количество произведенного тепла полностью зависит от географического положения и погодных условий;
  • жилье нуждается в резервном источнике (газовом или твердотопливном котле).

Нужно учесть, что для эффективной работы необходимо постоянно следить за чистотой установки, удалять наледь с её поверхности, ремонтировать поломки. Если температурный режим в регионе часто опускается ниже 0 °C, то придется дополнительно утеплять и сам коллектор, и дом в целом.

Стоит также учитывать, что подобные системы подходят не всем. Например, в регионах, где солнечные дни наблюдаются редко, конструкция вряд ли себя оправдает. Но, несмотря на высокую стоимость, пластины пользуются большой популярностью, поэтому все чаще их можно увидеть на дачных участках и крышах домов.

Существует два типа батарей: малые и большие фотоэлектрические системы. К первому виду относятся аккумуляторные панели, которые функционируют от напряжения 12—24 В. С их помощью можно смотреть телевизор и включить несколько осветительных приборов.

Большие установки способны обеспечить электроэнергией весь дом, а при необходимости и полностью обогреть его. Но это относится только к небольшим частным коттеджам, многоэтажные строения они отопить не смогут.

Что касается комплектации, то она может различаться в зависимости от модели. Как правило, в базовый набор входят:

  • вакуумный солнечный коллектор;
  • специальный контроллер, следящий за эффективностью работы;
  • насос, при помощи которого подается теплоноситель;
  • бак объемом 500—1000 литров для горячей воды;
  • электрический ТЭН либо тепловой насос.

Все эти детали необходимы для нормального функционирования системы. Как именно их монтировать и использовать, прописывается в инструкции, которая также входит в комплект.

При оборудовании мощной системы отопления дома с помощью солнечных батарей можно дополнительно обеспечить жилище горячим водоснабжением, а также смонтировать теплый пол. Большая фотоэлектрическая установка вполне справится с этими функциями.

Перед тем как устанавливать коллекторы, необходимо рассчитать, какая мощность им нужна, чтобы полностью удовлетворить все нужды. При расчете стоит учитывать площадь частного дома, количество проживающих людей, а также расход энергии. Например, для небольшой семьи из трех человек в среднем за месяц потребуется от 200 до 500 Вт/м².

Если планируется обеспечить жилище горячей водой, то затраты на энергию увеличатся. Для эффективности можно сделать комбинированный вариант системы отопления. В таком случае домочадцы будут застрахованы и не останутся без отопления при аварийных и непредвиденных ситуациях.

При выборе отопительной системы рекомендуется тщательно изучить ее особенности и возможности. Но сначала нужно рассчитать общую площадь дома и необходимое количество тепла, которое потребуется для его обогрева. Кроме этого, необходимо определиться с местоположением устройства. Но для этого лучше всего обратиться к специалистам, поскольку даже незначительное отклонение может заметно повлиять на ее эффективность. При выборе места нужно учитывать следующие нюансы:

  • конструкцию, которая обеспечивает солнечное отопление, необходимо расположить на южной стороне, так как именно там сосредотачивается наибольшее количество тепла;
  • крыша не должна быть в горизонтальном положении, а иметь небольшой уклон (примерно 45 градусов);
  • само устройство довольно габаритное и тяжелое, поэтому ему требуется прочная стропильная система;
  • деревья и здания, которые расположены вблизи коллекторов, не должны образовывать тень или закрывать солнце.

Правильная установка значительно увеличивает эксплуатационный срок солнечных батарей. Система в таком случае прослужит около 25—30 лет и окупит себя уже на третий год использования, обеспечив владельцу дома независимость от коммунальных служб.

Лучше всего выбрать для системы место, которое максимально освещается на протяжении всего дня. Если дом находится в плохом состоянии и на его крыше нельзя закрепить коллекторы, то можно выбрать другое здание.

Что касается накопителя, то его можно расположить в подвале или на чердаке. Таких элементов может быть несколько, тогда они будут более компактны, а значит, и места занимать станут гораздо меньше.

Приобретение солнечных батарей хоть и затратное мероприятие, но вполне оправданное. Ведь получаемая энергия бесплатная, а ее источник неиссякаем.

Можно ли применить солнечные батареи для отопления дома

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

  • 1 Как работает солнечная электростанция
  • 2 Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома
  • 3 Реальные способы обогрева
    • 3.1 Отопление кондиционерами
    • 3.2 Использование местных обогревателей
  • 4 Заключительный вывод

Как работает солнечная электростанция

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

  • одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
  • аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
  • контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
  • инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

  1. В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
  2. Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
  3. Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

В состав СЭС входят специальные АКБ, не боящиеся глубокого разряда

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

  1. Параллельная схема подключения позволяет нарастить ток в цепи. «Минусовые» контакты всех батарей присоединяются к одной линии, «плюсовые» – к другой. Напряжение на выходе остается неизменным.
  2. Применение последовательной схемы дает возможность увеличить выходное напряжение. «Минусовая» клемма первой панели соединяется с «плюсом» второй и так далее.
  3. Комбинированный способ применяется, когда нужно изменить оба параметра – силу тока и напряжение. Несколько модулей соединяется последовательно, потом группа подключается к общей сети параллельно другим аналогичным группам.

Как выглядят солнечные панели для дома и сопутствующее оборудование, расскажет мастер-электромонтажник на видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м² пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м². Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м² (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

    Фотоэлектрический модуль выдает максимальную мощность, когда лучи падают под углом 90° к плоскости батареи. Если не сделать трекер – следящий механизм, поворачивающий панель вслед за движением солнца, потеряем около 40% энергии. С другой стороны, подобное устройство тоже расходует электричество.

Трекер поворачивает модули вслед за светилом, обеспечивая угол падения лучей 90°

  • Величина солнечного излучения на 1 м² – инсоляция – зависит от региона проживания, высоты над уровнем моря, затененности участка. Перечисленные факторы напрямую влияют на производительность батарей.
  • С течением времени полупроводниковое покрытие модулей деградирует, в результате теряется примерно 1% электрической мощности ежегодно.
  • Если фотоэлектрический слой перегревается солнцем, производительность панели тоже уменьшается.
  • Малая толика энергии теряется в сопутствующем оборудовании – инверторах, контроллерах, АКБ. Это банальный нагрев деталей – трансформаторов, микросхем и прочих элементов.
  • Когда рабочая поверхность загрязняется пылью либо засыпается снегом, возникают дополнительные потери.
  • Заметьте, для отопления солнцем зимой вырабатываемого электричества должно хватать на обогрев дома и зарядку аккумуляторов на ночь.
  • Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м².

    Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

    На карте видно, что центральные регионы РФ получают довольно мало радиации солнца – в среднем 3–3.5 кВт на метр квадратный за день

    Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

    1. Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
    2. г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
    3. г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

    Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

    Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

    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 2019 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:

    1. Первым делом максимально снижаем теплопотери здания – утепляем стены, полы и крышу, устанавливаем энергосберегающие окна. Идеальный показатель теплопотребления для жилища 100 м² – 6 кВт.
    2. 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.
    3. Монтируем солнечную станцию, способную круглосуточно обеспечивать электричеством кондиционеры.
    4. 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:

    1. Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
    2. Соединяем их проводами 2.5 мм² согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
    3. 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.

    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.

    Солнечное отопление: насколько эффективно?

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

    Отопление от солнца: за и против

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

    • Солнечные батареи. Они вырабатывают исключительно электрический ток. А вот его уже вы можете использовать для обеспечения работоспособности любого электрооборудования, в том числе и не работу отопительных приборов.
    • Солнечные коллекторы. Эти устройства нагревают жидкость (теплоноситель) и их можно напрямую подключать к системе отопления, а также с их помощью греть воду для бытовых нужд.

    Так можно обеспечить дом горячей водой и частично отоплением при помощи солнечной энергии

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

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

    Достоинства использования солнечной энергии для отопления:

    • Безопасный и абсолютно «чистый» источник энергии.
    • Снижение затрат на отопление и ГВС.
    • Вы независимы от состояния экономики: солнце светит всегда, и в кризис, и в период расцвета.
    • Денег солнце за свою энергию не требует. Другое дело, что государство может обложить налогами владельцев гелиоустановок. Но пока такого не случилось — солнечная энергия бесплатна.

    Солнце постоянно посылает на землю тепло. И им можно воспользоваться для обогрева дома

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

    Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.

    Солнечные коллекторы

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

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

    Теперь о видах солнечных коллекторов. Конструктивно есть две модификации:

    • плоские;
    • трубчатые.

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

    Плоские солнечные коллекторы

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

    Конструкция плоского солнечного коллектора

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

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

    Пластиковый коллектор используют для нагрева воды

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

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

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

    Воздушный коллектор

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

    Воздушный коллектор устанавливается на южной стене

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

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

    Трубчатые коллекторы

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

    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

    Какой коллектор лучше для отопления

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

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

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

    Для России больше подходят трубчатые гелиосистемы

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

    Солнечные батареи

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

    Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

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

    Особенности отопления солнечным теплом

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

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

    Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму

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

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

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

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

    Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами

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

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

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

    Итоги

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

    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.

    1. Достоинства и недостатки солнечного отопления
    2. Особенности солнечных коллекторов
    3. Элементы отопительной системы
    4. Виды солнечных коллекторов
    5. По конструкции и внешнему виду
    6. По принципу работы
    7. По сезонности
    8. Изготовление коллектора своими руками
    9. Принцип работы системы

    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.

    Солнечные батареи для отопления дома – виды и особенности

    Новейшие технологии не стоят на месте и систематично предлагают новые решения для обеспечения комфортных условий проживания. Примером тому помогают системы отопления, работающие от солнечных батарей.

    В данной статье мы рассмотрим виды устройств, каковые разрешают применять для обогрева энергию солнца, и их особенности.

    Неспециализированные сведения

    Батареи, каковые способны преобразовать солнечный свет в электричество, были придуманы относительно в далеком прошлом. У нас они появились в калькуляторах и других всевозможных устройствах в начале 90-х, но на западе стали использовать значительно раньше.

    В частности, в «солнечных» государствах люди придумали применять энергию солнца для обогрева помещений, устанавливая батареи на крыши своих домов. Скоро данное решение стало широко распространено во всем мире.

    Популярность таковой технологии обогрева связана со следующими ее преимуществами:

    • Нет необходимости платить за отопление либо источники энергии для обогрева.
    • Независимость от служб ЖКХ.
    • Запас энергии возможно израсходовать не только на отопление, но и другие бытовые потребности, к примеру, для освещения (при применении в качестве батарей фотоэлектрических элементов).
    • Продолжительный срок работы устройств, исходя из этого об их замене возможно не задумываться в течении как минимум 25 лет.
    • Возможность регулировать уровень обогрева.

    Само собой разумеется, наровне с преимуществами для того чтобы отопления имеются и кое-какие недостатки, наиболее важными среди которых являются следующие:

    • Большая цена батарей, причем, один квадратный метр дает всего 120 Вт в месяц. Исходя из этого, для обогрева маленького дома пригодится 15 – 20 квадратных метров батарей.
    • Отопление на солнечных батареях не действенно в регионах, где мало большое количество пасмурных дней. Чтобы получить в месяц около 500 кВт энергии в регионе должно быть не более десяти пасмурных дней.
    • Дабы установить батареи, требуется громадная площадь кровли.
    • Обустроить отопление дома солнечными батареями возможно лишь в том случае, если около дома нет высоких зданий либо деревьев, каковые затеняют кровлю.
    • Устройства имеют определенный вес, исходя из этого стропильная система кровли обязана владеть определенным запасом прочности.

    Совет! Планировать отопление солнечными батареями нужно на этапе проектирования жилья. В частности, нужно учитывать размещение элементов относительно сторон света, отвести под них определенную площадь крыши, конечно, как уже было сказано выше, обеспечить более прочную стропильную систему.

    Виды батарей

    Все существующие солнечные для отопления батареи для дома бывают двух видов:

    • Простые солнечные фотоэлектрические элементы – из кремниевой пленки либо на кристаллах фотоэлементов.
    • Вакуумные коллекторы (гелиоустановки).

    Не обращая внимания на то, что оба вида устройств улавливают лучи солнца, принцип работы у них совсем различный. Соответственно, у каждого из них имеются свои положительные и отрицательные стороны. Исходя из этого ниже рассмотрим изюминке модулей обоих типов.

    Фотоэлектрические элементы

    В то время, когда говорят о солнечных батареях, значительно чаще подразумевают как раз фотоэлектрические элементы, каковые электроснабжением электрические бойлера (котлы). Эффективность таковой системы зависит от площади, которая покрыта светоулавливающими модулями.

    К примеру, в случае если на крыше расположена панель мощностью в 800 Вт, то ее хватит только для подключения одного обогревателя, да и то не на долгое время. А вот мощности в 8 кВт хватит для обогрева нескольких маленьких комнат. Дабы полноценно обогреть дом средних размеров, и обеспечить электричеством водонагреватель и бытовую технику, пригодятся модули с выходом около 20 кВт.

    Недостатком таких батарей есть занимаемая ими площадь, которой пригодится довольно много. Помимо этого, отопление от солнечных батарей есть действенным лишь при хорошей солнечной погоде, которая зимний период в наших широтах бывает редко. Действительно, исключением являются тонкопленочные пластины, талантливые выдавать электричество кроме того от рассеянного света.

    Совет! В случае если крыша дома не соответствует основным требованиям, установить батареи возможно на соседней кровле.

    Коллекторы

    Система отопления на солнечных батареях коллекторного типа, в отличие от фотоэлектрических модулей, работает не от электричества, а за счет тепла жидкости, протекающей по трубкам коллектора и нагревающейся солнцем. Сходу направляться заявить, что такие коллекторы бывают двух типов:

    Прямого нагрева водыНакопительный бак находится в корпуса коллектора. Вакуумные трубки, по которым протекает вода, соединяются с емкостью напрямую. Такие модели не годятся для систем отопления, поскольку зимний период вода в них замерзнет.
    Косвенного нагрева водыЭти солнечные коллекторы для отопления дома удачно функционируют кроме того при сильных морозах, поскольку по трубкам между спиралями движется особая жидкость, температура замерзания которой существенно ниже, чем у воды. Вода же употребляется лишь в накопителе. Исходя из этого между накопителем и трубками устанавливается особый теплообменник.

    Нужно заявить, что коллекторы способны обеспечить жилье теплом кроме того в самую пасмурную погоду, поскольку вакуум между двустенными трубками сохраняет тепло. Что касается недостатков, то к ним относится потребность в системы в электричестве, поскольку легкокипящая жидкость подается в коллектор под давлением, которое снабжает электронасос.

    Действительно, для выработки тока возможно дополнительно установить фотоэлектрические элементы. Дабы системы работала машинально, к ней подключают электронику, которая включает и выключает системы в зависимости от показаний датчиков температуры.

    направляться подчернуть, что нагрев теплоносителя в коллекторе может осуществляться до 200 градусов по шкале Цельсия. Наряду с этим совсем не имеет значения температура воздуха. Ответствен только свет от солнца, который должен попадать на гелиоустановку.

    Исходя из этого, если вы решили организовать отопление частного дома солнечными батареями, оптимальнее дать предпочтение коллекторам косвенного нагрева воды, каковые еще именуют всесезонными.

    Совет! Существуют модели данных устройств, каковые в течение дня способны изменять свое положение и так улавливать предельное число солнечного света в различное время суток. Само собой разумеется, цена их выше, но они более действенные.

    Нюансы отопления на солнечных батареях

    Дабы отопление было действенным, принципиально важно не только верно выбрать батареи для него, но и учесть кое-какие нюансы, каковые приведены ниже:

    • Устанавливать коллекторы и фотоэлектрические элементы нужно с южной стороны крыши.
    • Угол наклона кровли не должен быть больше 45 градусов.
    • В обязательном порядке необходимо выполнить верный расчет нужной мощности системы. Проектирование лучше доверить экспертам, как и монтаж модулей.

    Совет! Зимой низкая солнечная активность может значительно снизить эффективность системы отопления. Исходя из этого эксперты не советуют всецело отказываться от классических видов обогрева.

    Вот, пожалуй, все главные моменты, с которыми нужно ознакомиться, перед тем как решить об установке подобной системы обогрева дома.

    Вывод

    Отопление загородного дома солнечными батареями есть разумным решением. Основное – выбрать модули, соответствующие вашим потребностям, и верно вычислить систему. Наряду с этим возможно с уверенностью заявить, что все затраты на обустройство для того чтобы отопления со временем окупятся (читайте кроме этого статью “Ремонт вентиляции: кое-какие особенности и советы мастеров”).

    Ссылка на основную публикацию