Как сделать солнечное отопление дома своими руками – особенности устройства системы, преимущества альтернативных коллекторов, подробное фото +видео

Содержание
  1. Солнечные батареи в архитектурных проектах зданий
  2. Плюсы и минусы от использования энергии солнца
  3. Преимущества солнечного отопления
  4. Особенности установки солнечного отопления
  5. Типовая комплектация солнечной системы отопления
  6. Изготовление солнечного коллектора своими руками
  7. Принцип действия системы
  8. Открытые солнечные коллекторы
  9. Трубчатые солнечные коллекторы
  10. Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов
  11. Плоские закрытые солнечные коллекторы
  12. Как работает система ГВС от гелиосистемы
  13. Принцип нагрева воды солнцем
  14. Сколько воды может нагреть солнечный коллектор
  15. Чем заправляют гелиосистемы
  16. Виды установок для преобразования солнечной энергии
  17. Солнечные батареи
  18. Солнечные коллекторы
  19. Схемы подключения к системе отопления
  20. С водяным коллектором
  21. С солнечной батареей
  22. Пример расчета необходимой мощности
  23. Что можно соорудить своими силами?
  24. Особенности установки трубчатой гелиосистемы
  25. Плоская солнечная установка
  26. Элементы солнечной отопительной системы
  27. Изготовления солнечного коллектора
  28. Варианты самостоятельной сборки нагревательной системы

Солнечные батареи в архитектурных проектах зданий

Современные солнечные панели могут быть использованы практически в любой архитектуре, как строительный материал для фасада здания, способны дополнить замысел архитектора, а также как экстерьерная конструкция.

Преимущества:

  • – бесплатная электроэнергия;
    – безопасны и бесшумны;
    – простота в обслуживании;
    – доступная стоимость;
    – высокая работоспособность;
    – экологичные.

Солнечные батареи давно уже превратились в дизайнерский аксессуар. Установив их на крыше, как композиционный коллаж, такое здание непременно будет выделяться из серых строений. Модули вписываются в общую картину сооружения и адаптируются к цвету, структуре практически любого фасада, будь то современное здание или архитектурная достопримечательность. Солнечные панели, внедренные в крышу, настолько неприметны, что на первый взгляд их не обнаружить. Серо-голубые, тонкопленочные панели полностью имитируют традиционную кровлю.

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

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

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Преимущества солнечного отопления

Пассивное солнечное отопление, характеризующиеся отсутствием механических устройств отопления, способно снизить затраты на отопление практически на половину.

Что тогда можно говорить об активном солнечном отоплении, в состав которого входят специальные устройства и элементы для поглощения, хранения и распределения солнечной энергии?

Солнечное отопление обладает целым рядом конкурентных преимуществ и неоспоримых достоинств:

  1. Существенная экономия денежных средств на оплате отопления и эффективность работы.
  2. Безопасность использования, в том числе экологическая.
  3. Длительный срок эксплуатации.
  4. Эстетичный внешний вид, а также возможность подбора с учетом индивидуальных характеристик и параметров.

Особенности установки солнечного отопления

Солнечное отопление является наиболее эффективным в районах, характеризующихся большим количеством солнечных дней (особенно в зимний период времени).

Солнечное (гелиоотопление) отопление дома, выполненное своими руками, должно производиться с учетом специфических особенностей установки:

Схема работы солнечных батарей.

Перед началом установки необходимо произвести работы по утеплению дома.

Один из наиболее оптимальных вариантов — комбинированное отопление дома газовым (либо электрическим) методом и солнечной энергией.

Данный вариант, характеризующийся интеграцией элементов гелиосистемы в существующую схему теплоснабжения, позволяет значительно повысить эффективность нагрева и увеличить экономические показатели.

При производстве работ в районах, характеризующихся низким значением уровня инсоляции (потока прямых солнечных лучей на горизонтальную поверхность), необходимо особое внимание уделять оптимальному выбору площади коллекторов и правильности их монтажа.

При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня. В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях.

При установке коллекторов необходимо следить за тем, чтобы на них не падала тень от соседних строений либо деревьев. Монтаж коллекторов под углом, равным географической широте данной местности, способен существенно повысить их эффективность.

Это связано с тем, что максимальный уровень поглощения энергии Солнца приходится на расположенные под прямым углом к направлению инсоляции поверхности коллекторов.

При установке коллекторов своими руками стоит учитывать и тот факт, что значение парусности трубок значительно ниже, чем у обладающих плоской формой аналогов.

Именно поэтому необходимо произвести увеличение угла наклона, что позволит повысить эффективность работы коллектора в зимнее время, несколько увеличив потери тепла летом. Однако летом увеличение тепловых потерь вполне допустимо ввиду переизбытка тепловой энергии.

Типовая комплектация солнечной системы отопления

Солнечное (как и любое другое) отопление загородного дома может изменяться в зависимости от индивидуальных требований заказчика и производственных особенностей завода-изготовителя, но общий принцип комплектации данной системы остается, как правило, неизменным.

Солнечное отопление состоит из следующих основных элементов:

  1. Вакуумный солнечный коллектор.
  2. Насос, осуществляющий подачу теплоносителя к накопительному баку от коллектора.
  3. Контроллер, выполняющий функцию управления работой всей гелиосистемы.
  4. Бак-аккумулятор (500-1000 литров) для горячей воды.
  5. Пиковый доводчик, представленный в виде теплового насоса, электрического тена либо иного источника.

Отопление либо горячее водоснабжение солнцем в типовой комплектации позволит дополнительно осуществить устройство теплых полов, гарантируя довольно быструю окупаемость расходов, связанных с приобретением и монтажом оборудования.

Изготовление солнечного коллектора своими руками

Солнечное теплоснабжение (отопление и горячее водоснабжение) вполне можно изготовить своими руками из доступных материалов.

Одним из простых и доступных вариантов является изготовление солнечного коллектора из змеевика обыкновенного холодильника.

Необходимые материалы

Для изготовления коллектора понадобятся следующие материалы:

  1. Змеевик от холодильника (старого либо неисправного).
  2. Рейки, предназначенные для сборки каркаса.
  3. Резиновый коврик.
  4. Обыкновенное стекло, фольга.
  5. Емкость для воды, трубы, предназначенные для слива и подачи воды.

Перед началом сборки коллектора необходимо произвести тщательную промывку змеевика от остатков фреона, подогнать изготовленный из реек каркас под размеры змеевика (чтобы он там свободно помещался).

Габаритные размеры резинового коврика должны быть идентичны размерам полученного каркаса.

Последовательность сборки

При сборке готового изделия необходимо соблюдать следующую последовательность действий:

На резиновый коврик производится укладка фольги, каркаса из реек и змеевика в оговоренной последовательности. Сколачивание каркаса и устройство небольших отверстий в его стенках, достаточных для вывода трубок змеевика.

Для закрепления змеевика можно использовать хомуты, снятые с того же холодильника. Хомуты с обратной стороны крепятся при помощи винтов. Производится прибивание реек с обратной стороны для придания конструкции требуемой жесткости.

Заклеивание скотчем всех щелей между каркасом и фольгой. Данная мера позволяет максимально уменьшить тепловые потери. Готовый коллектор накрывается стеклом и проклеивается скотчем по всему периметру.

Дополнительную герметизацию и надежность придаст крепление стекла при помощи нескольких шурупов. Завершающий этап — крепление на опоры солнечного коллектора.

Принцип действия системы

Солнечное (с использованием описываемого самодельного коллектора) отопление частного дома способно обеспечить при солнечной погоде нагрев воды до 70°C. Циркуляция в данной системе происходит естественным способом.

Нагретая в коллекторе вода за счет уменьшения плотности движется вверх в специальную емкость для воды. Холодная вода, обладающая большей плотностью, перемещается в нижнюю часть коллектора. Далее процесс повторяется.

Приведем схематичное изображение подобной системы.

Схема коллектора, сделанного своими руками. Нажмите для увеличения.

Где:
1 — Труба для подачи горячей воды.
2 — Вентиль для сброса давления.
3 — Труба для слива горячей воды.
4 — Запорный вентиль.
5 — Вентиль для подпитки.
6,7 — Труба для подачи холодной воды в коллектор.
8 — Вентиль для слива.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20°

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

  • низкие теплопотери;
  • способность работать при температуре до -30⁰С;
  • эффективная производительность в течение всего светового дня;
  • хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
  • низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
  • возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

  • не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
  • высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

Плоские закрытые солнечные коллекторы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

  • простота конструкции;
  • хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
  • возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
  • способность самоочищаться от снега и инея;
  • низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
  • ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Как работает система ГВС от гелиосистемы

Солнечные водонагревательные установки способны компенсировать около 50% затрат тепла на нагрев воды. Экономия в года составляет около 300 м³ газа или 4 м³ дров. Даже несмотря на необходимость первоначальных вложений, накопительный водонагреватель, работающий от солнечных батарей крайне выгоден. При коммерческом применении окупаемость наступает спустя 2-3 года интенсивной эксплуатации, а срок службы коллекторов составляет от 30-50 лет.

Чтобы понять насколько горячее водоснабжение на солнечных коллекторах выгодно, стоит рассмотреть, несколько важных вопросов:

  • как работает гелиосистема;
  • сколько воды сможет нагреть гелиоколлектор в течение дня.

Хорошее понимание перечисленных моментов поможет выбрать наиболее подходящую гелиосистему в каждом конкретном случае.

Принцип нагрева воды солнцем

Существует несколько разновидностей коллекторов, отличающихся по принципу абсорбции или аккумуляции тепла. Все оборудование делится на две группы:

  • Трубчатые вакуумные коллекторы — аккумуляция тепла осуществляется благодаря особым колбам. В процессе производства из стеклянных трубок выкачивают воздух, что приводит к созданию вакуума, играющего роль своеобразного теплоизолятора. Внутри колба покрыта высокоселективным слоем. Там же находится алюминиевая или медная пластина, контактирующая с трубками теплообменника, которые для солнечного водонагревателя изготавливаются из меди.
    Принцип действия трубчатых коллекторов следующий:
    1. в трубках, благодаря высокоселективному покрытию и внутреннему устройству (напоминает колбу термоса) воздух нагревается до 280-300°С;
    2. тепло передается через пластину к циркулирующей жидкости;
    3. теплоноситель поступает в отдельно стоящий или моноблочный накопительный бак, происходит нагрев воды.

    По своему устройству трубчатые вакуумные коллекторы делятся еще на несколько групп: с U-образными (коаксиальными) или прямоточными трубками.

  • Панельные коллекторы — нагреватели используют парниковый эффект. Солнечные лучи проходят сквозь прозрачную поверхность, попадают на абсорбер, аккумулирующий тепло. Солнечный водонагреватель устроен так:
    1. обычное или закаленное стекло, с различными дополнительными функциями (антивандальное, противоградовое, самоочищающееся и т.д.)
    2. корпус, изготовленный из адонированного алюминия;
    3. абсорбер — роль теплообменника выполняет медная пластина, помещенная между двух стекол. Селективная поверхность состоит из металла, обработанного специальной теплопоглощающей краской. К теплообменнику припаян проточный трубопровод, по которому вовнутрь панели подается жидкость, отбирающая излишки тепла.
      Абсорбер, важнейшая часть солнечного водонагревателя. От качества абсорбирующего покрытия зависит теплоэффективность панельного коллектора.

Принцип работы солнечных водогрейных коллекторов трубчатого и панельного типа основан на обычных физических законах. Ультрафиолетовое излучение проходит сквозь атмосферу земли практически не теряя тепла. При попадании на твердую поверхность солнечные лучи прогревают ее. В свою очередь нагретые предметы отдают тепло окружающей среде. Подобным образом происходит нагрев и в гелиосистеме.

Солнечные лучи попадают на абсорбирующую поверхность, которая сильно разогревается благодаря тому, что окрашена в темный цвет. Тепло, аккумулируется при помощи абсорбера и направляется в накопительный бак. Описанный принцип работы остается одинаковым для всех гелиоколлекторов, независимо от внутреннего устройства.

Виды и способы аккумулирования солнечной тепловой энергии влияют на особенности эксплуатации солнечных водогрейных систем. Трубчатые водонагреватели отличаются большей теплоотдачей, способны работать при температуре до –50°. Хотя вакуумные колбы стоят дороже, их теплотехнические параметры: скорость и интенсивность нагрева лучше, по сравнению с панельными коллекторами.

Сколько воды может нагреть солнечный коллектор

Все зависит от нескольких факторов: способа нагрева и аккумуляции тепла, времени года, погоды. Отдельно учитывается то, какая система рециркуляции используется. Средним значением для гелиосистемы на 1 м² принято считать следующие возможности нагрева в час:

  • 100 литров на 7 °C;
  • 50 литров на 14 °C;
  • 25 литров на 28 °C;
  • 15 литров на 46 °C;
  • 10 литров на 70 °C.

В пасмурную погоду солнечный коллектор может снизить скорость нагрева ГВС, в ясную солнечную наоборот, увеличить, поэтому в списке приводятся средние значения.

В теплую летнюю погоду, при отсутствии облачности водонагреватель всего за час подогревает около ведра воды, что достаточно для экономного душа. В течение светового дня собирается около 200 л. горячей воды с температурой около 40°, при условии, что используется коллектор, имеющий более 1,5 м² абсорбирующей площади.

Зимой потребитель столкнется с тем, что получаемого тепла будет недостаточно, чтобы произвести необходимое количество горячей воды. Проблема решается установкой накопительной емкости.

Принцип работы коллектора при низких температурах окружающей среды несколько изменяется. Если летом можно было подключить бойлер и периодически, раз в час «сбрасывать» в него горячую воду, то зимой водонагреватель будет нормально функционировать только в системе косвенного нагрева. Суть такого подключения в следующем:

  • зимой, вода в солнечных коллекторах нагревается до температуры 30°С, чего будет недостаточно для мытья;
  • в систему ГВС подключают буферную емкость с двумя теплообменниками, для котла и гелиоколлектора;
  • водонагреватели от солнечной энергии подогревают воду до температуры 25-30°С;
  • основной нагрев осуществляет газовый, электрический или твердотопливный котел, доводя температуру до 60-70°;
  • при открытии крана ГВС пользователю подается горячая вода.

Солнечный водонагреватель работает зимой на компенсацию энергоресурсов, необходимых для работы системы ГВС. Автономное горячее водоснабжение при помощи одних только гелиоколлекторов невозможно. Требуется, чтобы в системе ГВС присутствовал водонагреватель, способный удовлетворить потребности водоснабжения на 100%.

Чем заправляют гелиосистемы

Теплоноситель для коллекторов выбирают в зависимости от условий эксплуатации. Так, для всесезонных систем используют специальный антифриз, не замерзающий в зимнее время года. Летом, водогрейный контур заправляют дистиллированной водой.

В связи с выбором теплоносителя существует несколько общих рекомендаций:

  • Эксплуатация зимой — состав незамерзающих жидкостей для солнечных водонагревателей — это смесь пропиленгликоля с водой и добавлением антикоррозионных веществ. Пропорции подбираются в зависимости от средней температуры промерзания окружающей среды:
    1. –20°С нужен 40% раствор: на 10 л теплоносителя / 6 л. пропиленгликоля;
    2. –30°С потребуется 50% раствор, пополам дистиллированная вода и пропиленгликоль.

    В готовый теплоноситель необходимо добавить щелочь NaOH. Пропиленгликоль под длительным воздействием перепадов температур превращается в кислоту. После добавления щелочи, кислотный баланс рН не должен превышать 7. В готовых антифризах все компоненты добавлены в оптимальных пропорциях.

  • Сезонная эксплуатация — коллектор будет использоваться с весны до ранней осени. В качестве теплоносителя следует применять дистиллированную воду, предотвращающую образование накипи внутри труб.

Целесообразность использования готовых незамерзающих жидкостей (стоящих приблизительно в 3 раза больше, чем подобный состав, приготовленный в домашних условиях), ставится под сомнение. Приобретать заводские антифризы следует в тех случаях, когда сделать их самостоятельно не представляется возможным.

Виды установок для преобразования солнечной энергии

В зависимости от принципа работы выделяют два типа устройств, поглощающих солнечный свет:

  • Батареи на фотоэлектрических преобразователях. Представляющие собой системы последовательно или параллельно соединенных полупроводниковых элементов. Они поставляют ток для питания бытовых обогревателей.
  • Солнечные коллекторы. Панели с системой трубок, наполненных теплоносителем: воздухом, незамерзающей смесью или водой. Они поставляют нагретый солнцем теплоноситель в контур отопления.

Рассмотрим каждый вариант отдельно.

Солнечные батареи

Солнечная батарея, преобразует поглощаемый свет в электроэнергию. Она состоит из фотоэлементов (чаще всего кремниевых), способных из солнечного излучения сразу извлекать постоянный электрический ток.

Такая установка может быть использована для обеспечения работоспособности электрического отопительного оборудования. Ее нужно подсоединить к системе электроснабжения жилища.

Эффективность преобразования солнечного излучения этой установкой – от 5% до 20% в зависимости от типа перерабатывающего солнечное излучение устройства. Производительность 1 м2 солнечной батареи – 120 Вт.

Остается подсчитать, сколько квадратов площади понадобится для обеспечения потребностей конкретного домохозяйства, исходя из размеров жилища, индивидуальных потребностей в тепле и уровня утепления конструкций.

Располагать солнечные батареи удобнее всего на крыше дома, выбрав для этого его южный скат

Для отопления солнечные батареи эффективнее всего использовать в южных регионах. Их основной недостаток – снижение эффективности в сумерках и пасмурную погоду, полное отсутствие работоспособности в ночное время.

Чтобы смастерить солнечную батарею своими руками, понадобится сначала собрать каркас, припаять солнечные элементы, затем все аккуратно уложить и воспользоваться герметиком.

Для изготовления каркаса применяют деревянные рейки, алюминиевые уголки. Все зависит от размера собираемой конструкции и места ее установки. Солнечные элементы – кремниевые пластины – самая расходная часть конструкции. Они бывают монокристаллические и поликристаллические. Первые несколько дороже, но и производительность у них на 5% выше.

Сделать их самостоятельно – невозможно. Фотоэлектрические преобразователи лучше приобретать с уже припаянными проводниками.

Их предстоит поместить на основу из ДВП, затем закрепить в каркасе, вывести провода от элементов наружу и все отверстия залить герметиком. Дать конструкции хорошо высохнуть и накрыть крышкой из стекла или прозрачного пластика.

Солнечные коллекторы

Принципиально другой способ преобразования поглощенного света у коллекторов. В основе их работы – теплоноситель, проходящий по трубам.

В зависимости от конструкции можно выделить три основных разновидности коллекторов, чаще всего применяемых для сооружения солнечной системы отопления:

  • Плоские. Теплоприемник – абсорбер их выполнен из листового металла с зачерненной наружной поверхностью. Нагреваясь, он передает энергию теплоносителю системы отопления.
  • Вакуумные. Коллекторная система вакуумного типа выполнена по схеме термосов, благодаря чему почти в два раза лучше сохраняется полученное от солнца тепло.
  • Концентраторы. Устройство оснащается вогнутой зеркальной деталью с большой площадью поверхности, фокусирующей солнечный свет на небольшой площади абсорбера.

Самые распространенные в быту гелиоустановки оснащены системой трубок, выполненной в виде параллельно соединенных элементов или змеевика. Трубки заполняются или технической водой, или смесью воды с незамерзающей жидкостью или воздухом.

Визуализировав основные части гелиоустановки, легче решить, где лучше всего расположить те или иные составляющие (+)

Воздушная установка может быть использована в качестве дополнительного источника отопления. Полностью обеспечить домовладение теплом вне зависимости от региона его расположения она не в состоянии. Основная особенность этого вида гелиосистемы – воздух, выполняющий роль теплоносителя.

Трубчатые системы довольно активно применяются для отопления круглый год. Антифриз или смесь антифриза нагревается под солнечными лучами, потом проходит по внутренним теплообменным трубкам, затем направляется в бак-накопитель.

Движение жидкости стимулирует насос, благодаря которому она из бака перемещается в систему отопления. Нагретый теплоноситель вытесняет собой остывшую часть жидкости, которой предстоит снова вернуться в коллектор и нагреться.

Принцип работы плоской гелиосистемы основан на проникновении солнечного света внутрь панели, где находится теплопоглотитель. Он нагревается и излучает тепло, которое передается жидкости, циркулирующей по металлическим трубкам (чаще всего, медным).

Схемы подключения к системе отопления

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

С водяным коллектором

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

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

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

С солнечной батареей

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

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

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.

Что можно соорудить своими силами?

Соорудить солнечную систему отопления, использующую коллектор воздушного типа, можно своими руками. Размещать ее лучше всего на южной стене здания.

Чем больше площадь отапливаемого помещения, тем большую площадь будет занимать коллектор – возможно, всю стену дома. Также, эту гелиосистему можно соорудить на чердаке.

Собираясь установить систему воздушного отопления на чердаке, необходимо позаботиться, чтобы он выдержал вес установки (+)

Нагревающий воздушную массу гелиоколлектор – выполняет свои функции по отоплению за счет потоков воздуха, проходящих внутри системы. Теплоноситель циркулирует по контуру, охлаждаясь, снова попадает в систему. Движение воздушных потоков может осуществляться естественно или с применением вентилятора.

Что касается материалов для изготовления воздушного коллектора, то здесь можно использовать различные подручные средства. Единого правила не существует.

Домашние мастера совершенствуют этот тип гелиосистемы, собираемой в домашних условиях. Кто-то стремится получить более дешевый вариант, жертвуя при этом эффективностью, кто-то – наоборот.

Разобравшись с основными элементами воздушного коллектора, легче принять решение о месте его монтажа – крыша или стена (+)

Рассмотрим основные способы.

Особенности установки трубчатой гелиосистемы

Гелиосистема трубчатого типа для отопления может быть использована в различных регионах. Она не зависит от внешней температуры. Главное, чтобы на установку попадало максимальное количество солнечных лучей.

Антифриз, используемый в качестве теплоносителя, не замерзает при низких температурах. В ясные зимние дни количество солнечного света превышает количество света, поступающего летом.

Трубчатый солнечный коллектор состоит из системы прозрачных вакуумных трубок, соединенных между собой. В них содержится вещество с невысокой температурой кипения. Закипая, оно испаряется, передает свое тепло медному наконечнику и стекает вниз, где все повторяется снова.

Вакуумные трубки, выполненные из огнеупорного стекла, внутри заполнены веществом, способным закипать при невысокой температуре (+)

Вакуумные трубки поглощают до 90% всего солнечного излучения (видимого и инфракрасного). Солнечная энергия, преобразованная в тепловую, поступает к теплоносителю. Он передает эту энергию дальше по системе – в теплообменник, находящийся в специальном баке-аккумуляторе.

Движение теплоносителя и воды по систем отопления происходит за счет насосов. Важно, чтобы у бака была хорошая теплоизоляция. Теплообменников, как правило, два: один соединяется с дополнительным нагревателем, второй – с коллекторами.

В домах с таким типом солнечных установок выгодно дополнительно подключать систему теплых полов. Это позволяет эффективнее отапливать здание.

Что касается монтажа трубчатых коллекторов, то его можно установить своими силами. Единственное, следует учитывать рабочий угол наклона – он должен быть не менее 20°.

Трубчатый солнечный коллектор располагают на крыше, выбрав наиболее солнечное направление. Важно, чтобы рядом не было высоток, мешающих свободному проникновению солнечного света

Соорудить вакуумную установку своими руками не выйдет – сделать вакуумные трубки в домашних условиях невозможно. Это проделывают заводы, специализирующиеся на производстве вакуумных гелиосистем.

Плоская солнечная установка

Часто для отопления используют плоский гелиоколлектор.

Для его сооружения понадобятся:

  • металлическая рама;
  • прочное дно;
  • слой теплоизоляции;
  • слой поглотителя солнечного излучения черного цвета (адсорбера);
  • прозрачная крышка – пластик, стекло;
  • трубки для жидкости (медь, алюминий).

Конструкцию нужно оснастить входным и выходным патрубками и насосом для эффективной циркуляции жидкости.

Собрать плоскую гелиоустановку можно своими руками. Для этого часто используют подручные средства, выбирая материалы подешевле в качестве аналога (+)

Устанавливать плоский коллектор можно под любым углом, обязательное условие – очищать от снега и пыли. Он особенно хорош для теплого климата.

В холодное время года наблюдается низкая работоспособность и высокие потери тепла. Что ставит под сомнение использование только одной этой гелиосистемы для полноценного отопления. Оптимально будет использовать плоскую солнечную установку вместе с газовым, электрическим или твердотопливным видом отопления.

Элементы солнечной отопительной системы

Комплект элементов гелиосистемы может меняться в зависимости от пожеланий заказчика и особенностей производства завода, но принцип комплектации остается постоянным.
Система солнечного отопления состоит из:

  • вакуумного коллектора;
  • наноса, передающего теплоноситель от коллектора к накопительному баку;
  • контроллера, исполняющего функцию управления работой системы;
  • бака-аккумулятора для горячей воды емкостью 500-1000 литров (прочитайте также: “Устанавливаем тепловой аккумулятор своими руками
  • пикового доводчика, представленного электрическим теном, тепловым насосом или другим элементом.

Гелиосистемы также позволяют обустроить теплые полы, причем расходы, связанные с покупкой и монтажом оборудования быстро окупятся.

Изготовления солнечного коллектора

Солнечная система отопления может быть сделана самостоятельно. Материалы для коллектора вполне доступны. Поэтому солнечный коллектор для отопления дома своими руками можно сделать дома. Один из наиболее простых вариантов – изготовление его из змеевика обычного холодильника. Читайте также: “Как сделать отопление дома солнечными батареями – теория и практика“.
Для создания коллектора потребуются такие материалы:

  • змеевик от старого или неисправного холодильника;
  • рейки для сборки каркаса;
  • фольга, обычное стекло;
  • резиновый коврик;
  • емкость для воды и трубы для ее подачи и слива.

Прежде чем начать делать солнечное отопление загородного дома, нужно изготовить коллектор. Перед этим змеевик тщательно промывают, удаляя остатки фреона, и подгоняют каркас, собранный из реек, под размеры. В каркасе змеевик должен свободно помещаться. Размеры резинового коврика должны быть аналогичны габаритам каркаса. Читайте также: “Как работает солнечный коллектор для отопления дома“.

При сборке коллектора необходимо в точности следовать указанной инструкции:

  1. На резиновый коврик укладывают фольгу, каркас из реек и змеевик, именно в данной последовательности. При сборке каркаса в его стенках делают небольшие отверстия, они должны быть достаточными для того, чтобы через них можно было вывести трубки змеевика.
  2. Змеевик закрепляют с помощью хомутов с того же самого холодильника. С обратной стороны их крепят винтами. Также с той же стороны прибивают рейки – это нужно для того, чтобы конструкция приобрела требуемую жесткость.
  3. Щели, образовавшиеся между каркасом и фольгой, заклеивают скотчем. Благодаря этому тепловые потери минимизируются, и отопление солнцем станет более эффективным. Уже готовый коллектор накрывают стеклом и по всему периметру проклеивают скотчем. Для дополнительной герметизации конструкции и большей надежности стекло крепят несколькими шурупами. Затем солнечный коллектор прикрепляют к специальным опорам.

Варианты самостоятельной сборки нагревательной системы

На сегодняшний день существует несколько способом сборки солнечного обогревателя своими руками. Рассмотрим наиболее популярные способы сборки.
Первый вариант. Здесь нужна оцинкованная тара для воды. Она должна иметь объем примерно 100-200 литров. Технология создания солнечной батареи имеет следующий алгоритм:

  • располагаем тару на крыше. Ее следует монтировать с южной стороны крыши;
  • поверхность крыши нужно покрыть металлическим листом с блестящей поверхностью;
  • поверх него кладем трубы;
  • подключаем их к бочке и емкости для нагретой воды.

Вариант солнечного самодельного коллектора

С помощью такой батареи 100 литров воды можно нагреть на 60 градусов. Такая установка имеет высокий КПД. Но в зимнее время такой агрегат будет не эффективным.
Второй вариант сборки. Для создания такого типа коллектора вам понадобятся:

  • стальные коробки;
  • несколько плоских стальных радиаторов;
  • стекло;
  • металлопластиковые элементы — фитинги и трубы.

Сборки системы в данном случае происходят следующим образом:

  • стальные коробки монтируются на крыше;
  • туда укладываются радиаторы;
  • сверху накрываем их стеклом. Это позволит уменьшить время нагрева воды;
  • трубки нужно укладывать с уклоном вниз;
  • обязательно следите, чтобы верх устройства располагался ниже накопительного бака;
  • на чердаке устанавливается пластиковая бочка с водой. Подходящий объем — 160 л;
  • ее нужно соединять с радиатором и водопроводом при помощи металлопластиковых устройств — фитингов и трубок. Саму трубку с водой нужно подключить несколько выше его середины бака;
  • внизу радиатора ставятся дренажные краны. С их помощью происходит слив воды в холодное время суток.

Вариант с пластиковой бочкой

Третий вариант. Применяется для обогрева достаточно большого помещения. Имеет эффективность на уровне 45-55%. Для создания системы обогрева такого типа вам понадобятся следующие материалы:

  • любой теплоизоляционный материал;
  • деревянная рамка, имеющая фанерное днище;
  • сетка из металла черного цвета;
  • дефлектор;
  • прозрачный лист поликарбоната;
  • несколько вентиляторов

Сборка конструкции осуществляется следующим образом:

  • сверлим в рампе круглые отверстия. Они прорезаются для забора воздуха;
  • для отвода горячего воздуха делаем прямоугольные отверстия вверху рамы;
  • на ее дно кладем теплоизоляционный материал. В качестве аккумулятора тепла будет выступать металлическая черная сетка;
  • вентиляторы, встраиваемые в круглые отверстия;
  • затем монтируем опорные планки для дефлектора. После этого устанавливаем сам дефлектор. Он будет формировать воздушный поток;
  • сверху устанавливаем прозрачный лист.

Готовая конструкция

С помощью такого агрегата можно эффективно осуществлять обогрев дома, а также нагрев воды.

Источники

  • https://life-instyle.com/architectural-design/13508-solnechnye-paneli-v-sovremennoj-arkhitekture.html
  • https://econet.ru/articles/145361-solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma-varianty-i-shemy-ustroystva
  • http://ultra-term.ru/otoplenie/sistemy-sposoby/solnechnoe-otoplenie.html
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/764-solnechnye-kollektory-dlya-nagreva-vody.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnye-sistemy-otopleniya.html
  • https://Energo.house/sol/solnechnoe-otoplenie.html
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/eko-dom/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma.html
  • https://teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/solnechnoe-otoplenie-doma-svoimi-rukami-printsip-izgotovleniya.html
  • https://1posvetu.ru/montazh-i-nastrojka/obogrev-doma-ot-solntsa-svoimi-rukami.html

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: