Эксплуатация вакуумного солнечного коллектора

Особенности эксплуатации солнечного коллектора в Подмосковье. Личный опыт

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Идеи о том, как сэкономить, но при этом иметь все блага цивилизации на приусадебном участке без централизованного электро- и водообеспечения, не дают «самоделкиным» покоя. Но зачастую, когда речь заходит об инженерном оборудовании, работающем на «зелёной» энергии, то застройщики от него отмахиваются. Мол, всё это не подходит для наших широт и суровых природных условий с коротким летом, частыми дождями и небольшим количеством по-настоящему жарких дней. Однако опыт пользователей FORUMHOUSE говорит об обратном.

Из этой статьи вы узнаете:

Как своими руками собрать недорогой гелиоколлектор.

Есть ли экономическая выгода от солнечного коллектора, установленного в Подмосковье.

Как своими руками собрать бюджетный солнечный коллектор

Если за границей солнечные батареи, а также гелиоколлекторы давно стали привычным оборудованием инженерной системы загородного дома, то у нас это всё ещё экзотика. Сказывается высокая цена на фирменные установки, а также скепсис домовладельцев, которые не хотят вкладывать деньги в дорогую «игрушку».

Именно желание сэкономить и при этом получить на даче источник горячей воды для летнего душа натолкнуло пользователя портала с ником izhur на мысль: а почему бы не попробовать сделать гелиоколлектор самостоятельно. А заодно – на практике проверить, будет ли толк от этой системы в средней полосе России (Подмосковье).

Думаю, что мысль использовать энергию солнца для нагрева воды приходила не только мне. Но покупать дорогой гелиоколлектор «от фирмы» для эксплуатации на даче мне не хотелось. Тем более, распространено мнение, что толку от него в нашем климате мало. Поэтому я решил засучить рукава и сделать солнечный коллектор самостоятельно и заодно проверить эффективность его работы. Тем более, что старый «народный» летний душ, изготовленный на базе двух полиэтиленовых баков, честно прослужив 4 года, пришёл в негодность.

Чтобы сравнить «было» и «стало», вначале расскажем о старой системе. Летний душ пользователя представлял собой два бака по 40 литров каждый, установленных на крыше «помывочного домика». Первый бак – для горячей воды, второй – для холодной. Вода накачивалась в ёмкости из колодца при помощи электрического насоса. Уровень жидкости контролировался «на глаз».

Душ работал так: вода в первом баке нагревалась электрическим нагревателем и подавалась через обычный садовый шланг к смесителю. Если вода перегревалась (даже при наличии терморегулятора), к ней подмешивалась холодная вода из второго бака, которая также поступала к смесителю через садовый шлаг. Но за четыре года активной эксплуатации баки, под влиянием УФ излучения, потрескались и пришли в негодность.

Можно сказать, всё, что не делается — к лучшему. Наступил черёд модернизации системы. Я сделал плоский алюминиевый гелиоколлектор, с поликарбонатным покрытием, площадью 2 кв. м. Мощность установки примерно 1.5 кВт. Вес – 7 кг.

Пользователь остановился на этой конструкции (плоский гелиоколлектор), т.к. второй тип солнечного коллектора — т.н. «вакуумник», хотя и имеет больший КПД, более дорогой и сложный для изготовления в домашней мастерской.

Кстати, большая часть гелиоколлекторов для домашнего использования, даже промышленного изготовления, имеют площадь до 2 кв. м. Опыт показал, что такие системы проще изготовить и смонтировать даже в одиночку. Мощность системы (при необходимости) наращивается путём объединения нескольких солнечных коллекторов в одну группу.

После тщательного изучения FORUMHOUSE пользователь остановился на плоском варианте гелиоколлектора. Для этого потребовалось освоить пайку алюминиевых трубок твёрдым припоем. Стоимость трубок составила около 450 руб. Также гелиоколлекторы собирают на базе полипропиленовых труб, трубок из меди или гофрированной нержавейки.

Я сделал гелиоколлектор из нержавеющей гофрированной «пятнадцатой» трубы. Её цена – 78 руб. за 1 погонный метр. Площадь коллектора – около 1 кв. м. Вода поступает в бочку на 160 литров, утеплённую пенофолом толщиной в 1 см. Перепад высоты точки забора воды и входа в коллектор — 2 метра. Себестоимость всей системы – менее 1500 руб.

«Поколдовав» с точкой сброса воды (перенеся её из верхней в нижнюю треть гелиоколлектора), пользователь добился естественного и более комфортного перемешивания слоёв холодной и горячей воды. К вечеру вода в бочке, смешавшись, нагревается до рабочей температуры в 40-45 °C. В пасмурные дни – до 30-35 °C.

Кроме этого, есть вариант солнечного коллектора, когда в листе ЭППС вольфрамовой нитью, согнутой в виде буквы «П», присоединённой к трансформатору т.н. электрическим терморезаком, «фрезеруются» канавки в виде змейки. В корпус гелиоколлектора врезаются штуцеры для подводящей и отводящей воду магистрали. Далее на лист экструзионного пенополистирола, на «жидкие гвозди», наклеивается тонкий оцинкованный железный лист или лист алюминия. Затем металл красится в чёрный цвет, и бюджетный и вполне работоспособный вариант гелиоколлектора практически готов. Остаётся только установить его, присоединить магистрали к подводящему баку (ёмкости, где находится холодная вода), накопительному (хорошо утепленному) баку для аккумулирования нагретой воды и заполнить систему водой.

Возвращаемся в гелиоколлектору izhur. В качестве ёмкостей для воды пользователь приобрёл две полиэтиленовые бочки по 160 литров, по цене 700 руб. за каждую (здесь и далее цены указаны за 2012-2013 годы). Бочки обвязываются при помощи полипропиленовых труб. Такие трубы проще монтировать (паять специальным паяльником) и, в отличие от металлопластиковых, в местах соединений (в фитингах) сохраняется одинаковое сечение.

Процесс монтажа солнечного коллектора наглядно демонстрируют следующие фотографии. Из профильной трубы сваривается рама под гелиоколлектор. Угол наклона рамы 45 градусов. Коллектор ориентируется строго на юг.

Делается рама и подставка под бочки.

В подставке высверливаются отверстия для труб.

Подставка монтируется на крыше летнего душа.

В бочку (для горячей воды) врезается ТЭН.

Если посмотреть на дно бочки, то видно 3 выхода. 2 выхода нужны для подключения магистрали от гелиоколлектора, а 3-й вывод идёт в смеситель на лейку душа. Все соединения труб – «американки». Так проще, прямо на месте, прикрутить/открутить трубы и собрать систему. Все трубы дополнительно утеплены.

От бочек с горячей и холодной водой к смесителю идут шланги (обычные садовые, одетые в утеплитель из вспененного полиэтилена – «шубку», закреплённые на штуцерах при помощи хомутов). Перед смесителем оба шланга соединяются шунтом с шаровым краном.

Читайте также:  Что такое мотоблок и культиватор. Как выбрать мотоблок. Что лучше мотоблок или культиватор

Это сделано для удобства. Например, израсходовав в баке всю горячую воду, пользователь на шунте открывает шаровый кран, и уровень воды в бочках выравнивается, а при подаче воды из шланга обе бочки одинаково заполняются водой.

Далее кран перекрывается, и гелиоколлектор функционирует по следующему принципу: холодная вода поступает в нижний патрубок коллектора, нагревается, поднимается и через верхний патрубок поступает в накопительную бочку.

Также пользователь организовал забор воды только из верхних, более нагретых слоёв, т.к. горячая вода, попадая в бочку, устремляется вверх, а холодная остаётся внизу. Для этого на поплавке из куска пенопласта в бочке с горячей водой от дна поднимается гибкий гофрированный заливочный шланг от стиральной машины.

Для контроля уровня жидкости в систему врезана прозрачная трубка, в которой помещен черный поплавок.

В завершении монтажа системы пользователь утеплил бочки пенофолом (два слоя по 5 мм каждый), а сверху бочки с горячей водой положил круг, вырезанный из ЭППС, толщиной 50 мм.

Бочка для холодной воды утеплена «за компанию», чтобы выдержать единый дизайн.

Такое утепление, конечно, недостаточное. Правильно: надо утеплить бочку минеральной ватой, толщиной около 100 мм, или пенопластом в 5 см.

Экономическая выгода от установки гелиоколлектора в Подмосковье

Испытания показали, что гелиоколлектор отлично работает даже в условиях Подмосковья. Система эксплуатируется следующим образом. С вечера баки заполняются водой, примерно 120-130 литров. Солнце начинает освещать гелиоколлектор в 8:30 утра (до этого на коллектор падает тень от дома). Часам к четырём солнечный коллектор затеняется деревом, которое впоследствии спилили.

После 6 часов вечера лучи падают на гелиоколлектор по касательной, и КПД системы снижается.

В итоге: 120 литров холодной воды, залитой в систему из колодца (температура воды – около 8 °C) при температуре воздуха в 22-24 °C к трем часам дня нагревается до 45 °C. К пяти часам температура воды в баке поднимется до 52 °C.

В облачные дни при температуре воздуха 18-20 °C вода в бочке нагревалась до 35 °C, и это при недостаточном утеплении.

Я специально записывал данные электросчетчика. Если раньше, до использования солнечного коллектора мы на даче «нажигали» света в месяц около 300 кВт, то после установки – по 150 кВт. Если учесть, что у нас 1 кВт стоит 4 рубля, то экономия получается 600 руб. в месяц. При проживании с мая по октябрь, а это практически пять месяцев, экономия составила 3000 рублей.

По расчётам пользователя, гелиоколлектор, с учётом затрат на всю реконструкцию системы летнего душа, окупится за 2 года эксплуатации. Т.к. гелиоколлектор доказал свою эффективность, пользователь планирует сделать небольшой солнечный коллектор (площадью до 1 кв. м) для рукомойника в доме.

Подведя итог, скажу: солнечный коллектор – штука полезная и позволяет экономить на энергоносителях. Работает, нагревая воду весной, летом и ранней осенью. Система энергонезависима. Даже если вырубили электричество, вы не останетесь без горячей воды и душа. Солнечный коллектор не надо растапливать, как дровяную водогрейную колонку. Гелиоколлектор можно спокойно оставить на неделю, ничего не сломается и не выкипит, а приехав на дачу в пятницу, у вас уже нагрето 120-150 литров воды!

Добавим, что друг пользователя, как-то подсчитав, сколько в день незаметно «сжирает» его хорошо утеплённый электрический водонагреватель на 80 литров, задумался о том, как вписать в систему ГВС коттеджа гелиоколлектор и тем самым сэкономить.

Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами

В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции. Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120—160°С. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, практически вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10 -5 …10 -6 , составляет 98 %. Изоляция в виде вакуума позволяет избежать потерь тепла в самих трубках. Конечно, в реальных установках потери есть и они зависят от температуры окружающей среда, и эти потери имеют место через утепленную верхнюю часть. Вследствие этих потерь коэффициент полезного действия вакуумного коллектора составляет 65-70%, эти цифры подтверждаются сертификационными испытаниями независимых лабораторий. Эти цифры не учитывают потерь в трубопроводах от солнечного коллектора до накопительного бака – в этих элементах системы потери могут варьироваться в широком диапазоне.

Преимущества и области использования вакуумных солнечных коллекторов

Благодаря высокой теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при низких температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими начинает проявляться при температуре воздуха ниже 15 градусов Цельсия. При отрицательных температурах воздуха вакуумным коллекторам альтернативы нет.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов могут применяться как для горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время можно полностью получать горячую воду от солнечного нагревателя. В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 60% горячей воды.
Часто возникает вопрос: насколько реально отапливать дом за счет энергии солнца? К сожалению, в европейской части России о значительной доле солнечного отопления в тепловом балансе говорить не приходится. Однако, солнечная отопительная установка на основе вакуумных солнечных коллекторов может с успехом справляться с задачей поддержания минимальной заданной температуры дома весной и осенью.

Читайте также:  Труба стальная профильная: основные характеристики

В зимнее время тоже можно рассчитывать на некоторую добавку тепловой энергии для отопления. Но она будет незначительна в декабре и январе. Поэтому обычно солнечную отопительную систему рассчитывают на работу в весенне-осенний период, а зимой она будет помогать вашей основной системе отопления (на газу, дровах, биотопливе, солярке и т.п.). Также, необходимо учитывать, что система отопления в доме в этом случае должна быть низкотемпературной (теплые полы). Бетонная стяжка теплых полов также используются как теплоаккумулятор системы отопления, поэтому нет необходимости устанавливать большие теплоаккумуляторные баки.

Немного технической информации

Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую, с бОльшим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную теплоизоляцию. Конвективные потери и потери на излучение, особенно ощутимые зимой, а также при высоких температурах нагреваемой воды, очень низкие. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки. Это приводит к получению большей энергии с единицы теплоприемной поверхности, даже если солнце и светит под «неудобным» углом, во время захода и восхода солнца, например, и при разных поворотах коллектора. Вакуумными трубками используется и так называемый диффузионный свет, когда солнце закрыто облаками. Эти коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ перед плоскими солнечными коллекторами. В любое время дня под прямым солнечным излучением постоянно находится часть абсорбирующего вещества вакуумной трубки; это как бы плоский коллектор, поворачивающийся за солнцем. При устройстве специальных отражателей эффективная воспринимающая площадь коллектора может быть в разы больше аналогичной площади плоского солнечного коллектора.

Существуют 3 основных типа вакуумных солнечных коллекторов – с заполнением внутреннего пространства теплоносителем, с тепловыми трубками и с U-образными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде

Это самый простой тип вакуумных коллекторов. Изготавливаются только в Китае. Вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода контура теплообменника течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Существуют также коллекторы такого типа без накопительного бака.

Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом обеспечивается циркуляция во всей системе. В дешевых системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Система обязательно должна быть безнапорной (с открытым расширительным баком), чтобы на трубки не могло действовать давление. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Если трубка разобьется, происходит утечка воды. Но основным преимуществом остается низкая стоимость со всеми выгодами коллектора с вакуумными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до минус 5-10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

В последнее время такая конструкция используется редко, т.к. имеет тот же недостаток, что и предыдущая – безнапорный бак и опасность его опорожнения при нарушении прочности и герметичности соединения между вакуумными трубками и баком, а также при повреждении одной из вакуумных трубок. Сейчас в основном используются баки с гильзами, в которые вставляются тепловые трубки. Гильзы позволяют сделать бак напорным, а его герметичность больше не зависит от уплотнительных резинок и сальников. В нашем ассортименте такие коллекторы есть – см. модели STH.

Вакуумный коллектор с термотрубками

Это более сложный и более дорогой тип коллектора. Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Другим важным преимуществом коллекторов с тепловыми трубками является их способность работать при температурах до -35°С (полностью стеклянные коллекторы с тепловыми трубками) или даже до -50°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).

Обычно испарение начинается при температуре трубки более 30°С, таким образом при низких температурах трубка как бы “запирается” и не происходит потерь тепла через коллектор (например ночью или в пасмурную погоду).

При этом коллектор помещается снаружи помещения, а все остальное оборудование – внутри дома, что способствует минимизации теплопотерь. (См. описание схемы системы с активной циркуляцией теплоносителя)

Читайте также:  Трещины в бетоне после заливки: причины, рекомендации по устранению

Спецификация стеклянных вакуумированных трубчатых коллекторов

  • Различия селективных покрытий вакуумных трубок 1)Строение: стеклянная двойная трубка
  • 2)Материал: боросиликатное стекло
  • 3)Коэффициент поглощения абсорбера: более 0.92
  • 4)Коэффициент излучения абсорбера: менее 0.08 (80ºС)
  • 5)Давление: 230 м 2 *ºС/кВт
  • 7)Коэффициент теплопотерь: менее 0,8 Вт/м 2 *ºС
  • 8)Срок службы: более 15 лет

Спецификация:

  • Коллектор (внутри): медь
  • Коллектор (снаружи): сплав алюминия
  • Параметры стеклянных трубок: 58мм*1.8мм/47мм*1.5мм
  • Суточная эффективность: более 55% (более 42% зимой)
  • Сопротивление: 25 мм
  • Максимальное давление: 12 Бар
  • Покрытие вакуумных трубок: ALN/AIN-SS/CU
  • Тепловые трубки работают при температуре более 35ºС

Из предлагаемых нашей компанией коллекторов такой тип имеют вакуумный коллектор с тепловыми трубками.

“Ваш Солнечный Дом” разрабатывает, комплектует и поставляет готовые системы солнечного теплоснабжения, как с пассивной, так и с активной циркуляцией теплоносителя. Описание этих систем вы можете найти в соответствующих разделах нашего сайта. Заказ и покупка осуществляется через Интернет-магазин.

Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта, обеспечивая максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.

Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. Чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями покупки.

В статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора. Мы расскажем о конструкционных особенностях различных моделей, рассмотрим плюсы и минусы этих установок. Кроме того, подробно опишем, как сделать и установить вакуумный солнечный коллектор самостоятельно.

Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.

Принцип работы вакуумного агрегата

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически разнятся.

Коллекторы подразделяют на такие виды:

  • трубчатый без стеклянного защитного покрытия;
  • модуль с редуцированной конверсией;
  • стандартный плоский вариант;
  • устройство с прозрачной теплоизоляцией;
  • воздушный агрегат;
  • плоский вакуумный коллектор.

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

  • внешней прозрачной трубы, откуда полностью выкачан воздух;
  • нагреваемого патрубка, расположенного в большой трубе, где перемещается жидкий или газообразный теплоноситель;
  • одного или двух сборных распределителей, к которым присоединяются трубы большего калибра и входит циркуляционный контур тонких, размещенных внутри, трубок.

Целиком конструкция чем-то напоминает термос с прозрачными стенками, в котором выдержан беспрецедентно высокий уровень тепловой изоляции. Благодаря этой особенности корпус внутренней трубки приобретает способность качественно прогреваться и полноценно отдавать энергетический ресурс циркулирующему внутри теплоносителю.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и батареях отопления. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Читайте также:  Стеллажи в интерьере для различных вариантов

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

Сравнение различных модификаций

При изготовлении гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов комбинируют в самых разных сочетаниях.

Самой большой популярностью у потребителей пользуются коаксиальные модели с тепловым каналом heat pipe. Покупателей привлекает лояльная цена приборов и очень простое, доступное обслуживание в течение всего срока эксплуатации.

Вакуумные приборы с каналами heat pipe демонстрируют высокую надежность и не имеют никаких ограничений по использованию даже в высоконапорных гелиотермальных комплексах.

Приборы с коаксильной колбой, содержащей прямоточные U-образные каналы, тоже входят в перечень востребованных. Их характеризуют такие параметры, как низкая теплопотеря и КПД от 70% и выше.

Ситуацию несколько портят: сложный процесс ремонта, специфическое обслуживание в процессе эксплуатации и невозможность заменить отдельный испорченный узел. Если с прибором что-то случается, его демонтируют и на место ставят абсолютно новый коллектор.

Перьевые трубки конструкционно представляют собой одинарный цилиндр из стекла с утолщенными прочными стенками (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше). Содержащаяся внутри вставка из перьевого абсорбента плотно облегает рабочий канал, изготовленный из теплопроводящего металла.

Почти безупречную изоляцию создает вакуумное пространство внутри стеклянной емкости. Абсорбент передает поглощенное тепло без потерь и обеспечивает системе КПД до 77%.

Модели с перьевым элементом стоят несколько дороже, нежели коаксиальные, но за счет высокой эффективности обеспечивают полноценный комфорт в помещении и быстро окупаются.

Наиболее эффективными и производительными являются перьевые колбы с внутренними прямоточными каналами. Их фактический КПД порой достигает рекордных показателей в 80%.

Цена изделий довольно высока, а при проведении ремонта обязательно требуется сливать из системы весь теплоноситель и только потом приступать к устранению неполадок.

Каким должен быть теплосборник?

Теплосборник – еще один очень важный рабочий элемент вакуумного коллектора. Посредством этого узла осуществляется передача накопленного тепла от трубок к теплоносителю.

Теплосборник располагают в верхней части прибора. Один из его компонентов, медный сердечник, принимает энергию и передает ее основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».

Корректную работу гарантирует подключенный к системе циркуляционный насос. Управляющая греющим комплексом автоматика, четко следит за уровнем температуры в каналах и, в случае ее падения ниже допустимого критического минимума (например, в ночное время суток), останавливает работу насоса.

Это позволяет избежать обратного прогрева, когда теплоноситель начинает забирать тепло горячей воды, собравшейся в накопительном баке.

Плюсы и минусы коллекторов вакуумного типа

Главным достоинством агрегатов называют практически полное отсутствие теплопотерь в процессе эксплуатации. Это обеспечивает вакуумная среда, являющаяся одним из самых качественных естественных изоляторов. Но на этом список преимуществ не заканчивается.

Выгодно ли отапливать загородный дом солнечной энергией? на сайте Недвио

  • Недвижимость
  • Строительство
  • Ремонт
  • Участок и Сад
  • О загородной жизни
  • Вопросы-Ответы
    • Интерактивная кадастровая карта
    • О проекте Недвио
    • Реклама на Nedvio.com

Несмотря на то, что среди европейцев и американцев вошло в моду отапливать свои дома солнечной энергией, в России эта технология так и не стала популярной. Возможно это связано с нашим климатом, возможно с дороговизной оборудования и его установки.

Тем не менее, мы думаем, что многим людям будет интересно как это работает, тем более, что в нашей стране до сих пор много удаленных уголков и мест, где не то, что нет газа, но даже электричества. Понятное дело, что здесь уже стоит рассматривать любые варианты благоустройства своего жилища.

В данной статье мы рассмотрим как устроены такие системы отопления, их плюсы и минусы и особенности установки.

Как отапливаются дома за счет солнечной энергии?

К решению об установке в своем доме системы отопления с помощью солнечных батарей следует подходить взвешенно, оценив все «за» и «против», поскольку приобретение самых батарей, дополнительного оборудования и непосредственно сам монтаж потребует значительных расходов. Мы поговорим об этом предметно в конце статьи, а пока рассмотрим из чего состоит оборудование для отопления дома солнечной энергией.

Работает данная система за счет установке на крыше дома устройств прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, эти устройства еще называют солнечными панелями или фотоэлементами. Встроенные в них фотоэлектрические системы, вырабатывающие ток под воздействием солнечного света, изготавливают из полупроводниковых материалов. Соединение фотоэлементов в модули, а тех в свою очередь друг с другом, позволяет создавать фотоэлектрические станции практически любого размера и мощности.

Фотоэлементы работают на основе физического принципа, при котором ток образуется благодаря воздействию света между двумя полупроводниковыми элементами с разными электрическими характеристиками и находящимися в контакте друг с другом. Из множества таких элементов и создаются солнечные панели или модули.

Фотоэлектрические модули вырабатывают постоянный ток, используемый в большинстве устройств, работающих от аккумуляторных батарей. Если же необходим постоянный ток, то к системе добавляют инвертор.

Оборудование для обеспечения загородного дома, дачи или коттеджа солнечной энергией состоит из следующих компонентов:

  • Фотоэлектрическая панель;
  • Концентратор;
  • Следящая система;
  • Поворотный механизм;
  • Теплообменник;
  • Блок управления;
  • Насос;
  • Аккумуляторы;
  • Инвертор.
Читайте также:  Элементы кровли: их названия, фото и описание

Установка такой системы несложна, ее можно выполнить своими силами за несколько часов, если следовать инструкции. Хотя, учитывая опасность работ, связанную с риском поражения током или падения с крыши, мы настоятельно рекомендуем поручить это дело профессионалам.

Применение и надежность солнечных панелей

Система выработки электричества за счет солнечной энергии используется во всем мире уже лет 30-40, если не больше. За это время панели и фотоэлементы были серьезно усовершенствованы, оборудование протестировано в разных климатических условиях на всех 5 континентах.

Учитывая моду в XXI веке на все натуральное и экологически чистое, есть все основания полагать, что в ближайшие 15-30 лет большая часть населения во всем мире перейдет на отопление за счет солнечных панелей и фотоэлектрических систем, благодаря которым будет больше не нужно строить дорогостоящие большие электростанции и подстанции, а также тратиться на дорогое и неэкологичное топливо из нефти и газа. Со временем, по мере снижения стоимости фотоэлементов и усовершенствования технологий откроется больше возможностей для применения данных устройств.

Солнечная энергия, на самом деле, уже активно применяется человечеством (и не только в разрекламированных электромобилях). К простейшим системам, в которых уже используются фотоэлементы, относятся:

  • Фотоэлектрические насосные установки, ставшие прекрасной альтернативой ручным насосам и дизель-генераторам;
  • Системы с аккумуляторами, позволяющие батарее заряжаться и накапливать энергию, чтобы отдать ее при необходимости в любое время;
  • Системы с генератором позволят получать электричество в тех случаях, когда его необходимо больше, чем может дать фотоэлектрическая батарея. Такое комбинированное применение генератора и фотоэлементов позволит значительно снизить первоначальную стоимость системы;
  • Фотоэлектрические системы, интегрированные в электросеть. Таким образом, часть электроэнергии можно брать от фотоэлементов, а при нехватке – из общей коммунальной электросети, при этом аккумулятор не используется или просто заряжается;
  • Промышленные фотоэлектрические системы, которые работают совершенно бесшумно, не нуждаются в ископаемом топливе и не загрязняют окружающую среду.

Плюсы и минусы отопления дома за счет солнца

В настоящее время, к сожалению, такие системы пока что еще не получили массового применения в жилищном строительстве и коммунальных сетях, в связи с тем, что получение электроэнергии от солнца пока обходится дороже, чем от традиционных электростанций, да и выработка электричества возможна только в светлое время суток и при хорошей погоде.

Тем не менее, у данной технологии есть немало плюсов. Преимуществом использования для отопления дома солнечной энергии является:

  1. высокая экологичность;
  2. самостоятельное регулирование температуры;
  3. автономность от коммунальных служб;
  4. длительный срок эксплуатации;
  5. нет необходимости платить за электроэнергию и постоянно заботиться о запасах топлива.

К недостаткам систем солнечных батарей следует отнести следующее:

  1. проблематичность использования в регионах с частыми атмосферными осадками и постоянной облачностью;
  2. необходимость больших свободных площадей для монтажа системы;
  3. высокая стоимость;
  4. низкий КПД при непогоде;
  5. необходимость приобретения дополнительного оборудования;
  6. длительная окупаемость.

Стоимость солнечных батарей

Приблизительная цена одной солнечной панели составляет порядка 90 руб./ 1Вт. Следовательно, блок с максимальной мощностью 200 ВТ будет стоить примерно 18.000 рублей.

Вполне естественно, что нормальной работы всех электросетей и коммуникаций дома одного такого модуля будет не достаточно, и таких блоков придется купить более 10 штук. Так что собственная солнечная электростанция с общей мощностью в 1 кВт обойдется порядка 250.000 рублей, не говоря уже о стоимости дополнительного оборудования и работ по установке.

Однако солнечные элементы, изготовленные на основе моно- или поликристаллического кремния, смогут обеспечить полную автономность дома в любое время. Очень важно при этом грамотно подобрать необходимые фотоэлементы и вычислить необходимое их количество в соответствии с площадью дома и требуемой мощностью.

Стоит ли устанавливать на свой дом солнечные панели?

Это хороший вопрос. Для большинства россиян, конечно, будет «дико» потратить 5-15 тысяч долларов на установку солнечных панелей, ради заботы об окружающей среде. Тем более, что эти деньги можно потратить и на более «приземленные вещи», например на отделку дома и его ремонт. Однако, отметим, что применение солнечной энергии имеет массу интересных преимуществ.

Так, к примеру, судя по опросам владельцев загородных домов, кто установил солнечные панели, они сумели снизить счета за электричество до 80%. Это может стать существенной экономией для вас, если ваша дача или коттедж отапливаются только электричеством.

Сама установка солнечных панелей тоже не так затратна, как подключение к магистральному газу и электросетям. Для этого вам не придется «обивать» пороги администрации, коммунальных служб, на это не нужно согласований и бумажной волокиты. Даже если у вас нет технических навыков и опыта, вы сможете легко установить солнечные батареи на крышу дома своими силами.

Солнечные батареи на крыше дома могут служить по 30-50 лет и не требуют особого ухода и контроля за эксплуатацией. Их достаточно один раз поставить, отрегулировать и забыть (нужно будет лишь через 10-15 лет проверить и по необходимости заменить аккумуляторную батарею (АКБ).

Солнечным панелям не нужны дрова, уголь, никакое топливо. Соответственно на их обслуживание и функционирование будет уходить ноль рублей расходов ежемесячно.

Даже если в вашем доме уже есть газовое или электрическое отопление, установка солнечных батарей может тоже пригодиться — на случаи, когда отключается электроэнергия во всем поселке. Это обойдется намного дешевле и эффективнее, чем покупать для этих целей бензиновые или дизельные электрогенераторы. У вас будут бесперебойно работать все системы жизнеобеспечения: от водоснабжения и отопления до холодильника и электропечи.

Однако, будем объективными, высокая цена на солнечные панели не позволяет их пока что назвать полноценной заменой электрическому или газовому отоплению в загородном строительстве. Так, приобретение солнечной электростанции для коттеджа с потреблением 10 кВт/ч/сутки и максимальной нагрузкой 6 кВт обойдется как минимум в 250.000 рублей. А более мощные системы, способные выдержать постоянную нагрузку в 15 кВт и более обойдутся как минимум в 750-800 тыс. рублей.

Читайте также:  Трубы для водопровода - 125 фото и обзор основных параметров

Учитывая, что за эти деньги можно построить баню или небольшой дачный дом, наши сограждане предпочитают пока что отапливать свои дома более доступным способом. А вот в качестве устройства для электроснабжения загородного дома в случае перебоев с электроэнергией, напротив, солнечные панели могут даже весьма пригодиться. Так что, решать вам.

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Солнечное отопление частного дома — что нужно знать?

Обновлено: 16 января 2021

  • Солнечное отопление
  • Устройство и принцип работы
  • Преимущества
  • Виды отопления
    • Открытые солнечные коллекторы
    • Трубчатые коллекторные разновидности
    • Плоские закрытые системы
  • Выбор солнечного коллектора и его монтаж
  • Схемы подключения к системе отопления
    • С водяным коллектором
    • С солнечной батареей
  • Советы по эксплуатации
  • Цена комплекта и где купить?

Солнечное отопление

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

  1. Солнечные батареи;
  2. Солнечные коллекторы.

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Преимущества

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Виды отопления

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

  • открытые;
  • трубчатые;
  • плоские коллекторы.

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

  • возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
  • необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
  • долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
  • как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.
Читайте также:  Технология водяного теплого пола. Пирог теплого пола

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

  • корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
  • распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
  • вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

  1. Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
  2. Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
  3. Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
  4. Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

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.

Читайте также:  Установка лоджии алюминиевой. Остекление балконов и лоджий алюминиевым профилем (54 фото): отзывы, плюсы и минусы

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:

    Читайте также:  Элементы кровли: их названия, фото и описание

    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.

    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.

    Читайте также:  Течет холодильник внутри причины

    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.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

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