Солнечное отопление дома своими руками — принцип изготовления

Наша компания предлагает купить водонагреватели, сплит-системы и солнечные коллекторы для нагрева воды и автономных систем теплоснабжения по выгодной стоимости. В каталоге фирмы представлен большой ассортимент оборудования для отопления и ГВС различной мощности производства России, Китая и Австрии. Все солнечные коллекторы и водонагреватели проточного и накопительного типа (бойлеры) имеют гарантию качества.

Исследованиями установлено, что ясным днем за 1 час 1 м2 поверхности Земли получает около 1000 ватт энергии от солнца. Эти данные усредненные и зависят от широты местности и времени года. Современные солнечные коллекторы позволяют частично улавливать эту энергию и использовать ее для нужд дома, офиса, бизнеса. При этом потребность в использовании топлива отсутствует.

Преимущества использования гелиосистем

Установка солнечных коллекторов существенно снизит затраты на традиционное отопление. Энергия Солнца – бесплатна, а кроме того, гелиосистемы не наносят вреда окружающей среде. Именно поэтому в странах, где власти беспокоятся об экологии, такой способ отопления домов широко распространен (прочитайте: «Гелиосистема своими руками»). Массовое использование гелиосистем позволит сохранить ресурсы, которые традиционно применяются для отопления (уголь, природный газ) и решить энергетическую проблему.

Солнечное отопление обладает следующими преимуществами:

• эффективная работа и значительная экономия на основной системе обогрева дома;
• безопасность использования;
• длительный срок службы;
• эстетичный внешний вид, возможность выбора параметров коллектора.

Где купить

Солнечный коллектор — это товар, который можно приобрести только в специализированных организациях и компаниях, которые или производят подобные устройства, или ориентированы именно на реализацию оборудования, работающего на альтернативных источниках энергии.

Наиболее правильный способ приобретения, это найти дилера производителя конкретной модели устройства, после чего заключить с ним соответствующий договор купли-продажи. Если в регионе проживания потенциального покупателя нет дилеров компаний, выпускающих солнечные коллекторы, то можно найти организацию, которая специализируется на этой группе товаров. Эти два варианта покупки, наиболее оптимальны, т.к. специалисты подобных компаний могут оказать помощь в выборе модели, подсказать как выполнить монтаж.

Если выше перечисленные способы приобретения не могут быть осуществлены, тогда можно обратиться к сети интернет, где представлено достаточно большое количество компаний, работающих именно в этой области энергетики. Достоинством такого способа приобретения будет более низкая стоимость изделий, но отрицательным моментом — советов и подсказки по выбору модели и ее монтажу, не будет, все придется решать самостоятельно.

Особенности солнечных коллекторов

Солнечные системы отопления частного дома наиболее эффективны в регионах, где в течение года насчитывается большое количество солнечных дней. Кроме того, зимой солнечное освещение также должно быть достаточно интенсивным. При монтаже подобной системы отопления нужно учитывать следующие особенности. Чтобы конструкция обогрева была эффективной, необходимо качественно выполнить утепление дома. Рекомендуется сочетать солнечное отопление с другими видами — газовым или электрическим – это самый оптимальный вариант. Интеграция элементов гелиосистемы в традиционную схему обогрева значительность увеличивает эффективность отопления дома и снижает материальные затраты.

В регионах, для которых характерен низкий уровень инсоляции (потока лучей солнца на горизонтальную поверхность), нужно правильно рассчитать площадь коллекторов и в точности соблюдать инструкцию по монтажу, чтобы система работала максимально эффективно. Специалисты рекомендуют устанавливать коллекторы под углом, равным географической широте местности, в таком случае они будут более эффективны. Дело в том, что максимальный уровень поглощения солнечной энергии происходит в том случае, если их поверхности находятся под прямым углом по отношению к инсоляции.

При определении степени потока лучей следует помнить о том, что его интенсивность значительно выше в середине дня. Поэтому поверхности солнечных батарей для отопления дома желательно располагать в южном направлении. Допустимы незначительные отклонения в юго-восточном и юго-западном направлениях. При монтаже коллекторов необходимо проследить за тем, чтобы их не затеняли деревья или соседние постройки.

Организуя отопление от солнца своими руками, нужно слегка увеличить угол наклона, чтобы повысить эффективность работы этих устройств зимой. При этом в летнее время эффективность системы несколько понизится, но это допустимо, так как в любом случае будет переизбыток тепловой энергии.

Виды устройства

Для преобразования солнечной энергии в тепловую, используются специальные технические устройства, называемые коллекторами. В зависимости от конструкции, их можно подразделить на два вида, это:

1. Плоские коллекторы – в основе этой конструкции лежит плоский короб, закрытый с наружной стороны стеклом, в который помещены трубки, по которым циркулирует теплоноситель. Между трубками уложен утеплитель, а под стеклом прокладывается абсорбер, материал имеющий способность к накоплению тепловой энергии. К внешней сети коллектор подключается через патрубки, монтируемые на входе и выходе укладываемых трубок.
2. Вакуумные коллекторы – в основе этой группы устройств, лежит использование вакуумных трубок, которые крепятся на специальном каркасе и верхней своей частью помещены в слой теплоносителя. Вакуумная трубка состоит из двух трубок, одна из которых медная, помещена в стеклянную, большего размера. Во внутреннее пространство стеклянной трубки помещен материал с высокой степенью абсорбции. Из стеклянной трубки откачан воздух, тем самым создан вакуум, что позволяет улучшить характеристики устройства по накоплению и передаче тепла.

Существует еще один тип солнечных коллекторов, это плоские воздушные устройства. В данной конструкции в качестве теплоносителя используется воздух, но в связи с низким КПД подобных моделей и неэффективностью, подобные коллекторы для отопления домов практически не используются.

Принцип работы системы

Существуют разные типы коллекторов, и хотя принцип работы каждого из них почти одинаков, все же между ними есть некоторые различия. В данном случае будет рассматриваться работа самодельной системы из змеевика. Отопление от солнца в ясные дни обеспечивает нагрев воды до 70 градусов. Циркуляция воды в системы происходит естественным образом. Вода, нагретая в коллекторе, благодаря уменьшению плотности, движется вверх, в специальный резервуар. Холодная вода, имеющая большую плотность, перемещается в нижнюю часть солнечной батареи. После этого процесс повторяется. Схематическое изображение такой системы можно увидеть на фото.

Средние цены

В настоящий момент на рынке гелиосистем, служащих для отопления и горячего водоснабжения, представлено достаточно большое количество компаний из разных стран мира. Стоимость моделей зависит от типа коллектора, его технических характеристик и фирмы его выпускающей. Средние цены, на наиболее востребованные модели, составляют:

1. Продукция (Германия):
   Модели «auroTHERM plus VFK 135/2VD» и «VFK 135/2D» — плоский солнечный коллектор площадью 2,51 м2. Стоимость составляет – от 60000,00 рублей.
2. Модель «auroTHERM exclusiv VTK 570-1140» — вакуумный коллектор, площадью 1,0 м2 – стоимость от 73000,00 рублей, и площадью 2,0 м2 – от 145000,00 рублей.
3. Солнечные коллекторы (Италия):

• Модель «KAIROS CF 2.0 ARISTON», плоский коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость – от 37000,00 рублей.
• Модель «KAIROS VT 15B ARISTON» — вакуумная модель, стоимостью от 86000,00 рублей.

1. Изделия (Китай):

• Модель «FPC-1200d» — плоского типа, площадью 2,01 м2. Стоимость от 25000,00 рублей.
• Модель «ES 20R-5» — вакуумного типа, стоимостью от 36000,00 рублей.

1. Продукция (Россия):

• Модель, артикул 2900152 – плоский солнечный коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость составляет – от 21000,00 рублей.
• Модель «VU-10» вакуумного типа, стоимостью от 23000,00 рублей.

Классификация системы отопления дома по типу используемого нагревательного оборудования

Более приемлемыми и традиционными для отечественного потребителя являются те отопительные системы, которые работают от котла. Существуют варианты, когда отопительная система не является централизованной, а каждый ее компонент (радиатор или конвектор) выступает автономным нагревательным прибором.

Котлы

Самыми популярными обогревательными приборами являются газовые котлы. Их преимущества – доступность и низкая стоимость энергоносителя, широкий диапазон мощностей котла, его многофункциональность (прибор работает не только на обогрев дома, но и на приготовление горячей воды).

Важно! Существуют модели нагревательных приборов, которые характеризуются высоким КПД и низким потреблением газа. Любой газовый котел имеет встроенную систему контроля над безопасностью работы

Недостатки – обязательное наличие магистрального газа (в некоторых регионов трубопровод не проложен), высокая стоимость подключения котла и составление проекта, сложность в получении разрешения на эксплуатацию газового оборудования.

С экологической точки зрения котлы на твердом топливе самые безопасны.

Второй вариант – котлы, работающие на твердом топливе. В качестве топлива выступают дрова, торф, древесный и каменный уголь, сырье вторичной переработки – прессованные опилки и др. Преимущества – полная безопасность с экологической точки зрения. Котлы, работающие на твердом топливе, часто это многофункциональные агрегаты, которые могут греть воду для бытового использования.

Недостатки – необходимость в постоянном контроле со стороны человека, постоянная и обязательная заготовка топлива, обустройство больших по объему котельных

Следующий вариант – жидкотопливные котлы. В качестве энергоносителя здесь выступает дизтопливо, продукты переработки нефти, отработанное масло, жидкое биотопливо. Преимущества – полностью автоматизированный принцип работы, высокий уровень безопасности. Жидкотопливные котлы остаются самыми экономически выгодными с точки зрения закупки топлива. Такие агрегаты при желании можно переориентировать на работу с другим видом топлива. Для этого достаточно заменить горелку.

Недостатки – высокая стоимость оборудования и необходимость в обустройстве большой котельной.

Советы по эксплуатации

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

Как выбрать?

Установка гелиосистемы на собственном участке обойдется в приличную сумму. Перед тем как приступать к установке солнечной батареи, необходимо определиться с требующейся мощностью для всех приборов. И в первую очередь необходимо вычислить оптимальную пиковую нагрузку в киловаттах и рациональное условно среднее потребление энергии в киловатт/часах для обеспечения нужд дома или участка.

Для рационального использования солнечного электричества необходимо определить:

• пиковую нагрузку – для ее определения необходимо сложить мощность всех приборов, включенных одновременно;
• максимум потребляемой мощности – параметр, необходимый для определения категории приборов, которые должны работать в одно время;
• суточное потребление – определяется умножением индивидуальной мощности отдельно взятого прибора на время, в течение которого он работал;
• среднесуточное потребление – определяется путем сложения расхода энергии всех электроприборов за одни сутки.

Все эти данные необходимы для комплектации и стабильной последующей работы солнечной батареи. Полученная информация позволит подобрать более подходящие параметры аккумуляторного блока – дорогостоящего элемента солнечной системы.

Для проведения всех расчетов понадобится лист в клетку или, если вы предпочитаете работать на компьютере, то удобнее всего будет использовать файл Excel. Подготовьте шаблон таблицы с 29-ю колонками.

Укажите названия граф по порядку.

• Название электроприбора, бытовой техники или инструмента – специалисты рекомендуют начинать описывать энергопотребителей с прихожей, а затем двигаться вкруговую по часовой или против часовой стрелки. Если дом имеет более одного этажа, то отправной точкой всех последующих уровней служит лестница. А также укажите уличные электроприборы.
• Индивидуальная потребляемая мощность.
• Время суток начиная от 00 и до 23 часов, то есть для этого вам понадобится 24 колонки. В колонках со временем необходимо будет указать два числа в виде дроби: продолжительность работы в течение конкретного часа/ индивидуальную потребляемую мощность.
• В 27 колонке укажите суммарное время работы электроприбора за сутки.
• Для 28 колонки необходимо помножить между собой данные из 27 колонки на индивидуально потребляемую мощность.
• После заполнения таблицы вычисляется итоговая нагрузка каждого прибора на протяжении каждого часа – полученные данные вводятся в 29 колонку.

После заполнения последней колонки определяется среднесуточное потребления. Для этого все данные в последней колонке суммируют. Но в данном расчете не учитывается потребление всей системы гелиоколлектора. Для вычисления этих данных необходимо учитывать вспомогательный коэффициент при итоговых расчетах.

Такой тщательный и кропотливый подсчет позволит получить развернутую спецификацию энергопотребителей с учетом часовых нагрузок. Поскольку солнечная энергия очень дорогая, ее расход необходимо минимизировать и рационально использовать для питания всех приборов. К примеру, если гелиоколлектор будет использоваться в качестве резервного питания дома, то полученные данные позволят исключить энергоемкие приборы от сети до окончательного восстановления основного электроснабжения.

Для постоянного снабжения дома энергией от солнечной батареи при расчетах часовые нагрузки выдвигаются вперед. Потребление электроэнергии необходимо настроить таким образом, чтобы исключить аварийные ситуации при работе системы и выровнять максимальные нагрузки.

На данном графике наглядно показано, как рационально использовать энергию солнца в доме. Первоначальный график показывает, что нагрузка распределялась в течение суток хаотично: среднесуточная почасовая составляла 750 Вт, а показатель потребления – 18 кВт в час. После точных расчетов и грамотного планирования удалось снизить показатель суточного потребления до 12 кВт/час, а среднесуточную почасовую нагрузку до 500 Вт. Данный вариант распределения энергии также подходит и для резервного питания.

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.

Плоские и вакуумные конвекторы

Последнее на чем мы акцентируем внимание – плоские и вакуумные солнечные конвекторы. Они состоят из закаленного стекла ил же поликарбоната, теплоизоляции и труб. Отметим сначала плюсы:

• очень доступная цена;
• работоспособность высокая, особенно в солнечные дни;
• есть наличие самоочищения от снега зимой.

Но так же есть у нее и слабые стороны:

• есть вероятность большого количества тепловых потерь;
• довольно сложный монтаж.

Что касается вакуумных, то они по принципу работы больше похоже на термос. Именно эта конструкция сохраняет около 96% тепла, которого она накопила. Выделим и у нее слабые и сильные стороны, начнем с плюсов:

1. большая температура нагрева;
2. легкий монтаж;
3. малые тепловые потери;
4. надежная система.

А теперь пришло время увидеть и слабые стороны:

1. дорого стоит;
2. устанавливать нужно под определенным углом;
3. нужно самому чистить от снега систему.

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

• Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

• Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

• Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.