Солнечное отопление частного дома: обзор лучших конструкций

Использование «зеленой» энергии, вызванной стихийными бедствиями, может значительно снизить затраты на коммунальные услуги. Например, настроив солнечное отопление для частного дома, вы обеспечите низкотемпературные радиаторы и системы теплого пола практически с бесплатным хладагентом. Согласитесь, это уже экономия.

Все о «зеленых технологиях» вы узнаете из предложенной нами статьи. С нашей помощью вы легко разберетесь с типами солнечных установок, способами их строительства и спецификой эксплуатации. Наверняка вам будет интересен один из популярных вариантов, которые интенсивно работают в мире, но не слишком востребованы в нашей стране.

В представленном вашему вниманию обзоре разобраны конструктивные особенности систем, подробно описаны схемы подключения. Приведен пример расчета гелиотермического контура для оценки реалий его строительства. В помощь самостоятельным мастерам прилагаются фото и видео наборы.

Зеленые технологии для производства тепла

В среднем на 1 м2 земной поверхности поступает 161 Вт солнечной энергии в час. Конечно, на экваторе этот показатель будет во много раз выше, чем в Арктике. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от сезона.

В Подмосковье интенсивность солнечной радиации в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что могут работать практически где угодно на Земле.

Современные солнечные системы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30 ° С

Проблема использования энергии солнечного излучения с максимальной эффективностью решается двумя способами: прямым нагревом в тепловых коллекторах и фотоэлектрическими солнечными батареями. Солнечные панели сначала преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, а затем передают ее через специальную систему потребителям, например, в электрический котел.

Коллекторы тепла, нагревающиеся под воздействием солнечных лучей, нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Галерея изображенийФотографии из Солнечные коллекторы являются основными поставщиками хладагента, подготовленного для использования в системах отопления загородных домов. Коллектор представляет собой систему труб, открытых или закрытых темной поверхностью, что улучшает поглощение солнечного света поверхностью. Они используются для отопления всех помещений виды теплоносителей, используемых в системах отопления В наших широтах тепла, получаемого в результате обработки солнечной энергией, недостаточно для полноценной работы отопления. Концентрическая форма и увеличительное стекло увеличенного размера помогут повысить производительность. Доступны модификации солнечных коллекторов, которые привлекают большую часть солнечного света в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателем. Модели, используемые для производства крупномасштабной переработанной солнечной энергии, оснащены устройствами для отслеживания движения солнца Повышение производительности системы не только за счет изменения формы и использования приспособлений для перемещения. Увеличение в основном за счет увеличения принимающей поверхности Солнечный коллектор на крыше дома Светильник с впитывающей поверхностью Открытый вакуумный солнечный коллектор Для нагрева воздуха и пара Линза для увеличения производительности светильника Концентраторный коллектор с рефлектором Промышленная модель с подвижным устройством Мощная группа концентраторов коллекционеры

Доступны несколько типов коллекторов тепла, включая открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторов и многие другие варианты. Тепловая энергия солнечных коллекторов используется для нагрева горячей воды или теплоносителя в системе отопления.

Промышленность в широком ассортименте выпускает коллекторные системы для включения в автономную тепловую сеть. Однако самый простой вариант дачи сделать своими руками несложно:

Галерея изображенийФотографии из Солнечные коллекторы – один из самых простых и дешевых вариантов изготовления устройств своими руками. Коллектор представляет собой змеевик, расположенный по-разному, подключенный к контурам теплообмена, и резервуар, служащий хранилищем для подготовленного теплоносителя. Чаще всего используются коллекторы, медные трубы и змеевики охлаждения.Для увеличения производительности радиатор солнечного отопления меняет форму устройства, увеличивается площадь поглощения.На самом деле распространенным и популярным вариантом подручного материала являются стальные трубы с тройниками из разобранных водопровода или их пластиковые аналоги Активно используются пластиковые бутылки с отрезанным дном и горлышком. Они используются в качестве светопроводящей оболочки металлического приемника, расположенного внутри бутылок. Интересным решением является использование алюминиевых банок, которые раньше служили емкостями для сока и широкого ассортимента газированных напитков, а также жесткого коллектора из ПП и ПВХ. Самодельный закрытый солнечный свет. Простой дизайн Медь трубчатый коллекторный змеевик Методы повышения эффективности Использование жестких водопроводных труб и фитингов Пластиковые бутылки при производстве коллекторов Пневматический солнечный коллектор Полимерные трубы в собственном производстве

Несмотря на очевидный прогресс в разработке решений для сбора, хранения и использования солнечной энергии, есть преимущества и недостатки.

Эффективное использование солнечной энергии

Самым очевидным преимуществом использования солнечной энергии является ее общедоступность. Фактически, даже в самые пасмурные и пасмурные дни солнечную энергию можно собирать и использовать.

Второе преимущество – нулевые выбросы. Фактически, это наиболее экологичный и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы молчат. В большинстве случаев их устанавливают на крышах зданий, не занимая полезную площадь дачного участка.

Эффективность солнечного обогрева в наших широтах довольно низкая, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для штатной работы системы (+)

Недостатки, связанные с использованием солнечной энергии, – непостоянное освещение. В темноте собирать нечего, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие дневные часы в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает эффективность.

К тому же нельзя сказать, что работа гелиосистемы полностью бесплатна, есть постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Существенным недостатком отопления, основанного на использовании солнечных коллекторов, является невозможность аккумулирования тепловой энергии. В схему входит только расширительный бачок (+)

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор – это незащищенная от внешних воздействий система труб, по которым циркулирует нагретый непосредственно солнцем теплоноситель.

В качестве теплоносителя используются вода, газ, воздух, антифриз. Трубы прикрепляются к опорной плите в виде змеевика или соединяются параллельными рядами на выходе.

Солнечные коллекторы открытого типа не справляются с отоплением частного дома. Из-за отсутствия теплоизоляции охлаждающая жидкость быстро остывает. Летом они используются в основном для подогрева воды в душевых или плавательных бассейнах

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

Из-за отсутствия утеплителя они практически не накапливают полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. В основном они используются летом для нагрева воды в бассейнах или в летних душах.

Устанавливается в солнечных и теплых регионах, с небольшими перепадами температуры окружающего воздуха и нагретой воды. Они хорошо работают только в солнечную безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с радиатором, состоящий из змеевика из полимерных труб, будет поставлять нагретую воду на даче для полива и хозяйственных нужд

Разновидности трубчатых коллекторов

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым протекает вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако охлаждающая жидкость уже намного лучше защищена от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, основанных на принципе термоса.

Каждая труба подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. Если шланг вышел из строя, его легко заменить на новый. Всю конструкцию можно смонтировать прямо на крыше здания, что значительно облегчает монтаж.

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

Важный плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которой солнечное излучение улавливается весь день без использования дорогостоящих систем слежения за перемещением светильника.

Специальное многослойное покрытие создает своеобразную оптическую ловушку для солнечного света. На схеме частично изображена внешняя стенка термоса, отражающая лучи от внутренних стенок колбы (+)

Конструкцией трубок выделяются перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка – это баночка Дюр или привычный термос. Состоит из двух воздушных шаров, между которыми откачивается воздух. Внутренняя поверхность внутренней колбы покрыта высокоселективным покрытием, которое эффективно поглощает солнечную энергию.

С цилиндрической трубкой солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается на внутренний алюминиевый пластинчатый теплообменник или тепловую трубу. На этом этапе происходит нежелательная потеря тепла.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр, внутрь которого вставлен перьевой абсорбент.

Система получила свое название от перьевого поглотителя, который плотно обертывает тепловой канал в теплопроводном металле

Для хорошей теплоизоляции из трубы откачивается воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому эффективность нисходящих труб выше.

По способу теплопередачи бывает две системы: прямоточная и с тепловой трубкой. Термотрубка представляет собой герметичный контейнер с летучей жидкостью.

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

Внутри термотрубки находится летучая жидкость, которая поглощает тепло от внутренней стенки баллона или от поглотителя ручки. Под действием температуры жидкость закипает и поднимается вверх в виде пара. После передачи тепла теплоносителю или горячей воде пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

Вода под низким давлением часто используется в качестве летучей жидкости. В прямой системе используется П-образная труба, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина П-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая – отводит нагретый. При нагревании теплоноситель расширяется и попадает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с тепловыми трубками, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

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

Прямоточные системы более эффективны, так как сразу нагревают хладагент. Если планируется использовать солнечные коллекторные системы круглый год, вводят специальный антифриз.

Использование трубчатых солнечных коллекторов имеет множество преимуществ и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из таких же элементов, которые относительно легко заменить.

Преимущества:

  • низкие тепловые потери;
  • эффективная работа в течение дня;
  • низкий дрейф, оправданный способностью трубчатых систем пропускать через себя воздушные массы;
  • хорошие показатели в районах с умеренным и холодным климатом;
  • возможность работы при температуре до -30⁰С;
  • возможность получения высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную открывающуюся поверхность.

У него есть следующие недостатки:

  • неспособен самостоятельно очищаться от снега, льда, мороза;
  • высокая цена.

Несмотря на изначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. У них долгий срок службы.

Трубчатые коллекторы представляют собой солнечные системы открытого типа, поэтому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального абсорбирующего слоя: абсорбера, прозрачного покрытия, трубы и изоляции.

Почерневший медный лист используется как поглотитель, характеризующийся идеальной теплопроводностью для создания гелиосистем. Когда солнечная энергия поглощается абсорбером, полученная солнечная энергия передается хладагенту, который циркулирует по системе трубопроводов рядом с абсорбером.

Закрытая панель снаружи защищена прозрачным покрытием. Он изготовлен из ударопрочного закаленного стекла с полосой пропускания 0,4-1,8 мкм. Максимальное солнечное излучение попадает в этот диапазон. Безопасное стекло обеспечивает хорошую защиту от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. Их эффективность повышена за счет использования поглотителя. Они способны улавливать рассеянную и прямую солнечную радиацию

К преимуществам закрытых плоских панелей можно отнести:

  • простота конструкции;
  • хорошие показатели в регионах с теплым климатом;
  • низкая цена.
  • возможность установки под любым углом с устройствами для изменения угла наклона;
  • возможность самоочищаться от снега и мороза;

Плоские солнечные коллекторы особенно полезны, если их использование планируется на этапе проектирования. Срок годности качественной продукции – 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

  • высокие теплопотери;
  • большой вес;
  • ограничения производительности при перепадах температуры выше 40 ° С.
  • высокий снос при установке панелей под углом к ​​горизонту;

Область применения закрытых коллекторов намного шире, чем у открытых солнечных систем. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальными службами в отопительный сезон, они могут работать вместо газовых и электрических плит.

Тем, кто хочет сделать своими руками солнечный коллектор для отопительного прибора на даче, предлагаем ознакомиться с проверенными схемами и подробной инструкцией по сборке.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самый важный показатель солнечного коллектора – это КПД. Полезная производительность солнечных коллекторов разной конструкции зависит от разницы температур. К тому же плоские коллекторы намного дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика – показать эффективность использования разных систем в зависимости от разницы температур

Выбирая солнечный коллектор, необходимо обращать внимание на ряд параметров, которые показывают эффективность и мощность устройства.

У солнечных коллекторов есть несколько важных особенностей:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент выбросов – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • Эффективность.
  • общая и открытая площадь;

Площадь проема – это рабочая зона солнечного коллектора. Коллектор с плоской пластиной имеет максимальную площадь отверстия. Площадь проема равна площади поглотителя.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства, работающие на солнечной энергии, не могут обеспечить стабильное питание 24/7, необходима система, устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный поток энергии, поэтому их используют как дополнительную систему. Интеграция солнечных коллекторов и солнечных батарей в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается.

Контур водосборника

В зависимости от цели использования коллектора тепла используются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

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

Летний вариант является наиболее простым и также может обходиться без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и в результате теплового расширения поступает в накопитель или в бойлер. В этом случае происходит естественная циркуляция: вместо горячей воды из бака всасывается холодная вода.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды невозможен. По замкнутому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивающий передачу тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как и любая система, основанная на естественной циркуляции, она работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, резервуар для хранения должен быть выше солнечного коллектора. Чтобы вода оставалась горячей как можно дольше, емкость необходимо тщательно изолировать.

Если вы действительно хотите получить максимальную отдачу от солнечного коллектора, подключение усложняется.

Чтобы коллектор ночью не превратился в радиатор охлаждения, необходимо принудительно остановить циркуляцию воды

Антифриз циркулирует через систему солнечного коллектора. Принудительная циркуляция обеспечивается насосом, управляемым контроллером.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса на основании показаний как минимум двух датчиков температуры. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячей воды от гелиоустановки.

Как только температура в баке превышает температуру охлаждающей жидкости, контроллер отключает циркуляционный насос в коллекторе, прекращая циркуляцию охлаждающей жидкости по системе. В свою очередь, когда температура в котле опускается ниже заданной, включается отопительный котел.

Системы вакуумных трубок стали новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с хладагентом.

Солнечный контур

Было бы заманчиво применить аналогичную схему подключения солнечной батареи к сети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, аккумулирующего энергию, полученную в течение дня. К сожалению, для системы электроснабжения частного дома делать аккумуляторную батарею достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения следующая.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (АВР) обеспечивает подключение потребителей к общей электрической сети

От солнечных батарей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет различные функции: постоянно подзаряжает аккумуляторы и стабилизирует напряжение. Кроме того, электрический ток подается на инвертор, где постоянный ток 12 В или 24 В преобразуется в однофазный переменный ток 220 В.

К сожалению, наши электросети не подходят для приема энергии, они могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продать произведенную электроэнергию или, по крайней мере, запустить счетчик в обратном направлении.

Преимущество использования солнечных панелей заключается в том, что они обеспечивают более универсальный вид энергии, но в то же время их нельзя сравнивать по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают способностью накапливать энергию, в отличие от фотоэлектрических солнечных элементов.

Галерея изображенийФотографии из Рабочая часть солнечных элементов представляет собой набор кремниевых пластин, соединенных последовательно.Хотя внешне солнечные элементы могут напоминать закрытые плоские коллекторы, принцип работы устройств этого типа существенно отличается. Батареи с фотоэлектрическими элементами вырабатывают электричество, которое можно использовать для нагреть охлаждающую жидкость или запитать электрические нагреватели.Имеющихся инструментов недостаточно для строительства солнечной панели. Вам понадобятся кремниевые пластины, которые понадобятся вам для покупки солнечных электростанций для обогрева дома

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

Пример расчета необходимой мощности

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто неправильно производить расчеты на основе поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальное время года постоянно перегревается вся система. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200 ° C при паровом или газовом отоплении, антифриза 120 ° C, воды 150 ° C. Если охлаждающая жидкость закипит, она частично испарится. В результате его нужно будет заменить.

Компании-производители рекомендуют исходить из следующих данных:

  • горячее водоснабжение не более 70%;
  • подача системы отопления не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатываться стандартным отопительным оборудованием. Однако при таких показателях экономия на отоплении и горячем водоснабжении получается в среднем около 40% в год.

Мощность, вырабатываемая лампой вакуумной системы, зависит от географического положения. Норма солнечной энергии, которая падает на 1 м2 земли в год, называется инсоляцией.

Зная длину и диаметр трубы, можно рассчитать проем – эффективную площадь поглощения. Осталось применить коэффициенты поглощения и выбросов для расчета пропускной способности одной трубы в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубы составляет 1800 мм, фактическая длина трубы – 1600 мм. Диаметр 58мм. Отверстие – это заштрихованная область, созданная трубой. Следовательно, площадь теневого прямоугольника будет:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 м2

КПД средней трубы 80%, солнечная радиация для Москвы около 1170 кВтч / м2 в год. Таким образом, в год будет работать одна трубка:

L = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 кВт * ч

Следует отметить, что это очень приблизительная оценка. Количество генерируемой энергии зависит от ориентации растения, угла наклона, средней годовой температуры и т.д.

Вы можете ознакомиться со всеми видами альтернативных источников энергии и способами их использования в представленной статье.

Выводы и полезные видео по теме

Видео № 1. Демонстрация работы солнечного коллектора зимой:

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: :???: :?: :!: