Отопление загородного дома от солнечной энергии. Солнечное отопление дома коллекторами: принцип работы и цена

Экология потребления.Усадьба:Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная.

Большую часть года мы вынуждены тратить деньги на отопление своих домов. В такой ситуации любая помощь будет не лишней. Энергия солнца подходит для этих целей как нельзя лучше: абсолютно экологически чистая и бесплатная. Современные технологии позволяют осуществлять солнечное отопление частного дома не только в южных районах, но и в условиях средней полосы.

Что могут предложить современные технологии

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи.

Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты.

Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

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

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

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

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

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

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

Открытые солнечные коллекторы

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

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

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

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

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

Трубчатые солнечные коллекторы

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

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

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

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

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

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

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

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

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

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

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

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

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

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

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

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

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

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

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

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

Достоинства:

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

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

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

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

Плоские закрытые солнечные коллекторы

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

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

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

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

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

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

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

К недостаткам можно отнести:

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

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

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
общая и апертурная площадь;
КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема подключении теплового коллектора

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

Летний вариант для горячего водоснабжения
Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор.

Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй - на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора. Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе.

В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Схема подключения солнечной батареи

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная - 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано

Рождённый Хаосом властелин вселенной Ра, светоносный страж небесной тверди Сурья, объезжающий на колеснице небосвод Гелиос, неистовый в своих страстях Ярило - все древние народы мира почитали Солнце, осознавая, что источаемые им тепло и свет являются первоосновой жизни. Современная цивилизация пытается найти пути использования чистой и на ближайшие миллионы лет нескончаемой энергии дневного светила, избавившись от необходимости сжигания углеводородов. Солнечное отопление - один из этапов этого пути к всеобщему процветанию.

Типы солнечного отопления

Применяемые сегодня методы использования солнечной энергии для обогрева жилища (и не только) можно разделить на пассивные и активные. Пассивное отопление дома солнцем предусматривает прямой нагрев внутренних помещений за счёт инфракрасного излучения. Активное основано на получении тепловой либо электрической энергии в специальных установках, зачастую расположенных за пределами здания, последующего её преобразования и распределения для нужд отопления. Наиболее эффективно такое солнечное отопление дома, где совмещаются как пассивные, так и активные методы.

Впустим солнце в дом - пассивные методы обогрева

Окна - на юг

Вроде бы все должны понимать, что, расположив основную часть окон с солнечной стороны дома, мы впустим в помещения не только свет, но и тепло. Однако, проезжая по нашим коттеджным посёлкам, можно убедиться, что добрая половина застройщиков не придерживается рационального принципа «дом - на северную часть участка, а окна - на юг». А зря.

Огромные витражи энергосберегающей конструкции Eagle Ridge Residence (США) открыты на южную и западную стороны, впуская в дом максимум тепла и света. С севера здание ограничивает глухая, хорошо утеплённая стена

Зимой низко стоящее солнце проникает в помещения на всю их глубину, а летом, когда светило в зените, от перегрева защищает козырёк, выступающий более чем на два метра от стеклянного фасада

Стена Тромба

В 40-х годах прошлого века американский инженер Тромб придумал «солнечную печку». С южной стороны дома расположена массивная стена из теплоёмкого материала (бетон, камень, полнотелый кирпич), окрашенного в чёрный цвет. В нижней и верхней части этого теплоаккумулятора имеются отверстия. Снаружи на небольшом расстоянии от стены - стеклянный витраж. Солнце нагревает бетон, тёплый воздух стремится подняться вверх, выходит в помещение, а холодный поступает в пространство между камнем и стеклом снизу. Образуется устойчивая циркуляция тёплого воздуха в помещении. Благодаря изобретению селективных покрытий для стекла и камня (бетона), эффективность стены Тромба в современном исполнении стала заметно выше.

Принцип действия стены Тромба. Приятный бонус: её можно использовать не только зимой для косвенного обогрева дома (на рисунке справа), но и летом для вентиляции (слева)

Логическое развитие стены Тромба. Представляет собой пустотелый плоский ящик (панель), для лучшего улавливания излучения располагаемый наклонно. Верхнее ограждение панели - прозрачное для инфракрасного излучения, а вдоль её разделяет перегородка. Окрашенная в чёрный цвет, перегородка нагревается, тёплый воздух поднимается и поступает в комнату. В нижнюю, холодную часть коллектора проникает ещё не нагретый воздух из помещения.

Пассивный воздушный солнечный коллектор - простейшее устройство. Выполнить такое солнечное отопление своими руками под силу любому хозяйственному мужику

Гелиотеплица - свежие овощи как бонус

Солнечная теплица, пристроенная к дому. Чтобы «впустить» в дом больше солнца, нужно увеличить площадь окон. Сделать стеклянной всю южную стену в холодном климате проблематично, слишком высоки будут теплопотери. Отделив часть здания со стеклянными стенами и крышей от основных помещений дома, получим гелиотеплицу. Она почти не помешает проникновению в окна дома инфракрасного излучения, в дополнение к этому нагреется наружная стена внутри оранжереи. В яркий зимний солнечный день воздух в гелиотеплице может прогреваться до существенно большей, чем в доме, температуры.

Солнечным днём гелиотеплица может перегреваться, что является проблемой для летнего времени. Приходится организовывать вентиляцию либо затенять витражи.

Чтобы максимально использовать тепло, полученное теплицей, можно организовать воздухообмен с жилыми помещениями.

Оранжерею солнечного дома в Винчестере (США) от основной части дома отделяет массивная теплоаккумулирующая стена с открывающимися вентиляционными отверстиями. Такое решение - сочетание гелиотеплицы и стены Тромба. Установленные в теплице канистры с водой помогают дольше сохранить тепло

Естественный воздухообмен между теплицей и домом довольно слаб и, чтобы использовать энергию по максимуму, движение воздуха делают принудительным.

Воздухообмен между основной частью этого дома в Хэмптдене (США) и пристроенной теплицей организован через подпольное пространство, тёплый воздух поступает в помещения снизу, а остывший в теплицу сверху. Циркуляцию воздушных потоков обеспечивает вентилятор, автоматика включает и выключает его в нужное время. Практически, это уже солнечное отопление частного дома активного типа

Дополнительный бонус, который даёт гелиотеплица своим хозяевам: почти круглый год в ней можно выращивать овощи или оставлять цитрусовые на зимовку. Правда, это потребует решения проблем вентиляции, влажности, дневного перегрева и ночных заморозков.

Активное отопление - солнечный свет собирают вакуумные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор, оснащённый системой принудительной передачи и распределения энергии, способен дать намного больше тепла по сравнению с пассивным вариантом. Скорость циркуляции воздуха автоматически регулируется в зависимости от температуры в доме и степени нагрева коллектора. Нагретый в коллекторах воздух может поступать в систему вентиляции или помещения напрямую. Если его температура достаточно высока, он может использоваться и для нагрева жидкого теплоносителя. Излишки дневной энергии запасают на ночь в теплоаккумуляторах.

Солнечное воздушное отопление на основе гелиоколлектора. Из пустотелой панели (1) по воздушным каналам (6) вентилятор гонит воздух в техническое помещение, где автоматика в зависимости от ситуации распределяет его в блок воздухоподготовки (3) либо массивный теплоаккумулятор (2). Параллельно может нагреваться и змеевик горячего водоснабжения (5). Днём, когда помещения нуждаются в нагреве, система работает в режиме В, тёплый воздух из коллектора направляется в комнаты. При достижении необходимой температуры в доме воздушный поток перенаправляется в теплоаккумулятор, режим А. Ночью, когда коллектор не даёт тепла, заслонка закрывает канал, ведущий к нему, циркуляция осуществляется между теплоаккумулятором и помещениями.

Вакуумный солнечный коллектор

Наиболее совершенное на сегодняшний день устройство для гелиоотопления.

Принципиальная схема вакуумного солнечного коллектора. Жидкий абсорбер, циркулирующий по U-образным трубкам, при нагревании испаряется и поднимается вверх, в коллектор. Последний подсоединён к контуру системы отопления и по нему, в свою очередь, циркулирует жидкий теплоноситель. Абсорбер отдаёт энергию теплоносителю, остывает, конденсируется, опускается вниз. Цикл повторяется

Солнечное отопление загородного дома на основе вакуумных коллекторов значительно эффективнее других гелиосистем, однако, помимо традиционной для гелиосистем неравномерности генерации тепла, у него имеется ещё три существенных недостатка: на сильном морозе теплоотдача резко падает, установки хрупки и дорого стоят.

Вакуумные солнечные коллекторы следует устанавливать таким образом, чтобы они были защищены от вандалов. Это особенно актуально для нашей страны, попасть камешком в стеклянную трубочку - милое дело

Вакуумные панели не подключают к системе отопления напрямую. Необходимы, как минимум, буферные ёмкости, которые будут сглаживать неравномерность выработки тепла.

«Правильная» схема подключения вакуумного гелиоколлектора к системе отопления. Тепло передаётся не напрямую, а через теплообменник, дневные излишки тепла на ночь запасаются в теплоаккумуляторе (буферном баке). Обратите внимание, что на схеме изображён «нормальный» отопительный котёл, солярная система лишь дополняет его

Электрические солнечные панели можно использовать для отопления лишь косвенно. Расходовать электроэнергию на нагрев помещений напрямую неразумно, ей можно найти более рациональное применение. Например, направить на работу вентиляторов и автоматики активных гелиосистем.

Почему на крышах наших домов не видно гелиоустановок

Интернет пестрит рекламными материалами с красивыми картинками, повествующими о необычайной выгоде гелиосистем. Народные умельцы выкладывают в youtube ролики на тему «отопление от солнца своими руками» о собственных ноу-хау, собранных на коленке из подручных материалов. Сеть пухнет от перепостов восторженных статей, рассказывающих о чудесных преимуществах солнечного отопления. Однако, много ли домов с солнечными коллекторами на крыше появилось за последние годы поблизости от вашего дома? Ни одного? В чём же причины того, что отопление солнечной энергией в наших краях не находит признания?

К сожалению, солнечная энергия для отопления домапоступает не тогда и не туда, когда и куда нужно. Холодно бывает ближе к полюсам, зимой и по ночам. А максимум солнечного излучения приходится на экваториальные районы, на лето и день. Теплоаккумуляторы худо-бедно помогают сгладить суточные, но не сезонные перепады.

Карта интенсивности распределения солнечного света по территории России. В Западной части страны, где живёт львиная доля населения, солнца мало. А в восточной Сибири, где доля излучения заметно выше, холодно, что затрудняет использование активных систем. Кстати, солнечные панели, вырабатывающие электричество, не столь чувствительны к сильным морозам. В холодной, но солнечной Якутии уже построены и успешно функционируют довольно мощные гелиоэлектростанции.

Пассивное отопление солнечной энергией малоэффективно и не способно сколь-нибудь серьёзно обогреть дом в условиях русской зимы. «Окна - на юг» - реально полезный метод проектирования, ничего не стоящий, но помогающий оптимизировать расходы на отопление. А вот некогда относительно популярные в США гелиотеплицы, стены Тромба и их производные постепенно сошли на нет даже у себя на родине.

Активные солнечные системы отопления частного дома обходятся весьма недёшево, немало денег придётся отдать за оборудование. Эксплуатация, вопреки некоторым утверждениям, отнюдь не бесплатна: расходуется электроэнергия, требуется обслуживание техники. При нынешних ценах, по сравнению не только с дешёвым природным газом, но даже с довольно дорогими пеллетами, дизтопливом, установка вакуумного солнечного коллектора на подавляющей части территории РФ не окупится вообще никогда, срок окупаемости превышает срок службы оборудования. Лишь в некоторых южных регионах страны солнечные системы отопления частного дома могут быть не убыточны при определённых условиях.

Научная станция на острове Ольхон (Россия). Применение вакуумных коллекторов (справа на крыше) для приготовления горячей воды и гелиопанелей (слева) для выработки электроэнергии имеет смысл, ведь центральных коммуникаций на этом скалистом байкальском острове нет. Однако для полноценного отопления в климате Бурятии солнечных систем недостаточно, греют дом «нормальные» печи, топливо для которых завозят с «большой земли», ведь изводить местный лес на дрова нельзя

Как обстоят дела в Европе

Почему же, путешествия по Западной Европе, мы видим (хотя, не так уж и часто) гелиоколлекторы на крышах домов? Причин тому несколько: дороговизна традиционных видов топлива, мягкий климат, большее количество солнечных дней. Не случайно в пасмурной Британии солнечное отопление так же мало распространено, как и у нас. И, главное, в тех странах, где система солнечного отопления - практическая реальность, действуют программы поддержки, до половины стоимости оборудования оплачивает государство. Положа руку на сердце, солнечные коллекторы малопригодны для отопления, в основном их используют для приготовления горячей воды, в солнечную погоду летом реально полностью обеспечивать нужды ГВС. Кстати, в основном на крышах домов можно увидеть солнечные панели, вырабатывающие электричество. Электроэнергию производить выгоднее, а неравномерность генерации - не проблема, ведь в любое время суток центральные энергосети покупают электроэнергию, полученную в частном доме. Причём, оплата идёт по повышенному тарифу. Опять-таки, оборудование почти не требует обслуживания и ремонта. Сегодня можно смело утверждать, что в глобальном масштабе у гелиоэнергетики, хоть она пока и не конкурент традиционной - большое будущее. А вот насчёт перспектив солнечного отопления ситуация неясна. Существующие системы уже исчерпали свой потенциал, новых подходов пока не видно, а стоимость традиционного топлива падает, что снижает привлекательность солярных систем обогрева.

«Солнечные крыши» Баварии. Все панели, которые мы видим на фото - электрические, солнечное отопление рациональные немцы не считают особо выгодным даже при условии, что государство берёт на себя половину расходов по установке гелиосистем

Тем читателям, кого тема использования энергии солнца для жизнеобеспечения дома живо заинтересовала, рекомендуем критически воспринимать рекламные материалы и обращаться к профессионалам-практикам, желательно имеющими опыт установки и эксплуатации гелиоустановок.

Видео: воздушное солнечное отопление своими руками

Главным критерием уюта в частном коттедже или квартире является тепло. В холодном доме даже самая шикарная обстановка не поможет создать комфортных условий. Но чтобы оптимальная для проживания температура поддерживалась в помещении не только летом, но и зимой понадобится монтаж системы отопления.

Сделать это сегодня можно легко, приобретя в качестве источника тепла газовый, дизельный или электрический котел. Но проблема заключается в том, что топливо для такого оборудования стоит дорого и доступно не во всех населенных пунктах. Что же тогда выбрать? Лучшим решением являются альтернативные источники тепла и в частности солнечное отопление.

Устройство и принцип работы

Что же представляет собой такая система? В первую очередь следует сказать, что есть два варианта солнечного отопления. Они предполагают использование различных как в конструктивном плане, так и по назначению элементов:

Коллектора;
Фотоэлектрической панели.

И если оборудование первого типа предназначено сугубо для поддержания в помещении комфортной температуры, то солнечные панели для отопления дома могут применяться для получения электричества и тепла. Их принцип работы основан на преобразовании энергии солнца и накапливании ее в аккумуляторах, чтобы потом использовать для различных нужд.

Смотрим видео, все о данном коллекторе:

Применение коллектора позволяет организовать только солнечное системы отопление для частного дома, при этом используется тепловая энергия. Такое устройство действует следующим образом. Солнечные лучи подогревают воду, которая является теплоносителем и поступает с трубопровод. Эта же система может использоваться и в качестве горячего водоснабжения. В состав входят специальные фотоэлементы.

Устройство коллектора

Но кроме них в комплектацию солнечного отопления включены:

Специальный бак;
Аванкамеры;
Радиатор, выполненный из трубок и заключенный в короб, у которого передняя стенка выполнена из стекла.

Солнечные батареи для отопления дома размещаются на крыше. В нем вода нагреваясь перемещается в аванкамеру где происходит ее замена горячим теплоносителем. Это позволяет поддерживать в системе постоянное динамическое давление.

Виды отопления с использованием альтернативных источников

Самый простой способ преобразования энергии светила в тепло – это использование солнечных батарей для отопления дома. Они все чаще используются в качестве дополнительных источников энергии. Но что же представляют собой эти устройства и действительно ли они эффективны?

Смотрим видео, виды и их особенности работы:

Задача, установленного на крыше коллектора солнечного системы отопления для дома впитать как можно больше солнечного излучения, преобразовав его затем в так необходимую человеку энергию. Но при этом следует учитывать, что оно может быть превращено как в тепловую, так и электрическую энергию. Для получения тепла и подогрева воды используют солнечные системы отопления. Для получения электрического тока используют специальные батареи. Они аккумулируют энергию в дневное время суток и отдают ее ночью. Однако сегодня существуют и комбинированные системы. В них солнечные панели вырабатывают одновременно тепло и электричество.

Что касается солнечных водонагревателей для отопления дома, то они представлены на рынке широкой линейкой. Причем модели могут иметь различное назначение, дизайн, принцип работы, габариты.

Различные варианты

Например, по внешнему виду и конструкции системы отопления частного дома подразделяются на:

Плоские;
Трубчатые вакуумные.

По назначению они классифицируются на используемые для:

Системы отопления и ГВС;
Для нагрева воды в бассейне.

Есть отличия и принципе работы. Солнечное отопление с применением коллекторов является идеальным выбором для дачных домиков, так как не требуют подключения к электросети. Модели с принудительной циркуляцией подключают к общей системе отопления, в них циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи насоса.

Смотрим видео, сравниваем плоский и трубчатый коллектор:

Не все коллекторы пригодны для солнечного отопления загородного дома. Согласно этому критерию они делятся на:

Сезонные;
Круглогодичные.

Первые применяются для отопления дачных строений, вторые в частных домовладениях.

Сравниваем с обычными система отопления

Если сравнивать это оборудование с газовым или электрическим, то оно имеет гораздо больше преимуществ. В первую очередь это экономия топлива. Летом солнечное отопление способно полностью обеспечить проживающих в доме людей горячей водой. Осенью и весной, когда ясных дней мало, оборудование можно использовать для снижения нагрузки на стандартный котел. Что касается зимней поры, то обычно в это время эффективность работы коллекторов очень мала.

Смотрим видео, эффективность коллекторов зимой:

Но кроме экономии топлива использование оборудования, работающего на солнечных батареях, снижает зависимость от газа и электричества. Для установки солнечного отопления не нужно получать разрешение и установить его сможет каждый, кто имеет элементарные знания в сантехнике.

Смотрим видео, критерии подбора оборудования:

Еще один плюс – это большая продолжительность работы коллектора. Гарантированный срок службы оборудования составляет не менее 15 лет, значит на этот период ваши коммунальные платежи будут минимальными.

Однако, как и у любого устройства у коллектора имеются некоторые недостатки:

На солнечные водонагреватели для частного дома цена достаточно высокая;
Невозможность использования как единственного источника тепла;
Необходима установка бака-накопителя.

Есть и еще один нюанс. Эффективность работы солнечного отопления зависит от региона. В южных районах, где активность солнца высока оборудование будет иметь самый большой КПД. Поэтому наиболее выгодно использовать такое оборудование на юге и менее эффективным оно будет на севере.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Прежде, чем приступать к установке оборудования, входящего в отопительную систему необходимо изучить его возможности. Для того чтобы узнать сколько тепла потребуется на обогрев дома необходимо рассчитать его площадь. Важно правильно выбрать место для установки солнечного коллектора. Оно должно быть максимально освещенным на протяжении дня. Поэтому обычно оборудование устанавливаются на южной части крыши.

Выполнение монтажных работ лучше доверить специалистам, потому что даже небольшая ошибка в установке системы солнечного отопления приведет к значительному снижению эффективности системы. Только при правильной установке солнечного коллектора он прослужит до 25 лет, причем полностью окупив себя за первые 3 года.

Основные типы коллекторов и их характеристики

Если здание по каким-либо причинам не подходит для установки оборудования, то можно разместить панели на соседнем строении, а накопитель поставить в подвале.

Преимущества солнечного отопления

Нюансы, на которые стоит обратить внимание при выборе этой системы были рассмотрены выше. И если вы все сделали правильно, то ваша система отопления на солнечных коллекторах доставит вам только приятные моменты. Среди ее достоинств следует отметить:

Возможность круглогодичного обеспечения дома теплом, с возможностью регулировки температуры;
Полная автономия от централизованных коммунальных сетей и снижение финансовых расходов;
Использование солнечной энергии на различные нужды;
Длительный эксплуатационный срок оборудования и редкие аварийные ситуации.

Единственное, что останавливает потребителей от покупки солнечной системы для отопления частного дома – это зависимость их работы от географии проживания. Если в вашем регионе ясные дни редкость, то эффективность оборудования будет минимальной.

Гелиосистемы экономически выгодны. Даже с учетом высокой стоимости, первоначальные затраты, при всесезонном применении окупятся за 2-3 года. Системы солнечного отопления частных домов не предназначены для автономной работы. Коллекторы компенсируют только часть необходимого для обогрева тепла, позволяя сэкономить за отопительный сезон до 300 м³ газа и до 4 м³ дров. Если использовать энергию Солнца только для отопления, окупаемость составит 6-7 лет.

У альтернативного отопления частного загородного дома существуют свои недостатки и преимущества. Перед покупкой и подключением требуется изготовление грамотного проекта и проведение теплотехнических расчетов.

Можно ли обогреть дом солнцем

Несмотря на передовые технологии и инновации, до сих пор полноценное отопление гелиосистемами не представляется возможным. Причина проста. Солнце светит только днем. Ночью солнечное излучение отсутствует. Соответственно солнечные коллекторы для отопления будут работать исключительно в светлое время суток. Хотя в пасмурную погоду гелиопанели продолжат работать, теплоотдача существенно уменьшится.

На теплоэффективность во многом влияет интенсивность ультрафиолетового излучения. В районах крайнего севера мощность и теплоотдача солнечного коллектора будет меньшей, чем в регионах с умеренным климатом.

Отопление на солнечных батареях используется исключительно как дополнительный источник тепла. Принцип работы коллектора основан на преобразовании ультрафиолетового излучения в тепловую энергию.

Получаемое тепло направляется в аккумулирующий бак, буферную емкость, установленную внутри здания. В воздушных системах жидкостный теплоноситель отсутствует. В помещение, при помощи вентиляторов нагнетаются разогретые воздушные массы.

Если учесть, что эффективность гелиоколлекторов зимой существенно снижается, автономное отопление дома требует правильных расчетов. Специалисты рекомендуют на этапе планирования установить в здание источник тепла на традиционных энергоносителях (газ, дрова, пеллеты, уголь, дизтопливо, электричество), способный удовлетворить потребность здания в обогреве и ГВС на 100%. Гелиосистема будет использовать солнечную энергию и частично компенсировать затраты с разной эффективностью, в зависимости от месяца года.

Чтобы определить стоит ли устанавливать альтернативное отопление частного дома, стоит обратить внимание на существующие преимущества и недостатки солнечных коллекторов. При составлении таблицы плюсов и минусов, нужно учитывать реальные отзывы о гелиосистемах оставленные пользователями:

Недостатки - главным минусом остается высокая стоимость (стоит отметить, что с появлением коллекторов российского производства, солнечные системы отопления стали экономически доступнее). Существует еще несколько минусов:
1. сезонность - солнечные коллекторы с вакуумными термотрубками эффективны до температуры окружающей среды –50°С. Вакуумный гелиоколлекторы продолжат работать до тех пор, пока антифриз в теплообменнике не замерзнет. Солнечные панельные коллекторы работают при температуре до –25°С.
2. зависимость от электричества - всесезонные системы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отключении напряжения теплоноситель может закипеть.
3. долгая окупаемость - в случае отопления, работа коллектора большую часть осуществляется при отрицательных температурах. Теплоэффективность гелиосистемы снижается. Время окупаемости увеличивается до 6-7 лет.

Преимущества - рекордно низкие температуры в средних широтах редки. На весь отопительный сезон приходится не более недельного периода, когда коллекторы перестают работать. При правильном подборе оборудования и расчетах удастся подобрать готовое решение, способное по максимуму компенсировать потребности жилого здания в тепле. Для средних широт компенсация энергозатрат достигает 20-30%. Дополнительные плюсы:
1. срок эксплуатации от 30 до 50 лет;
2. присутствует антивандальная и противоградовая защита;
3. гелиопанели выдерживают шквалы ветра.

Выше описаны общие преимущества и недостатки для любой системы отопления частного дома от солнечной энергии. У каждого типа гелиоколлекторов, воздушных и жидкостных, есть присущие им особенности, влияющие на окупаемость автономного обогрева.

Виды отопления от солнца

Существует несколько типов солнечных батарей. Главное отличие между гелиоколлекторами, используемый принцип работы. Типы солнечного отопления делятся на греющие воду или теплоноситель и нагревающие воздух.

Принцип работы влияет на теплоэффективность, особенности эксплуатации и подключения. Гелиопанели отличаются внутренним устройством, обвязкой, функциональными возможностями.

Отопление на водяных коллекторах

В основе работы лежит принудительная циркуляция теплоносителя. Отопление частного дома солнечными панелями происходит в следующем порядке:

абсорбер аккумулирует тепло;
полученная тепловая энергия нагревает теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе от гелиоколлектора до теплообменника бака накопителя;
змеевик внутри бойлера косвенного нагрева отдает тепло окружающей жидкости;
происходит теплообмен, вода для бытовых нужд и отопления нагревается, остывший теплоноситель возвращается обратно к абсорберу.

В описанной схеме через буферную емкость закольцовано отопление и ГВС, и солнечный водонагреватель. Гелиоколлектор не сможет работать без накопительного бака. Для автоматизации отопления используется блок управления, регулирующий скорость циркуляции теплоносителя в зависимости от интенсивности нагрева.

Обогрев осуществляется гелиосистемами двух типов. Каждая отличается особенностями эксплуатации и техническими характеристиками:

Использование солнечных трубчатых коллекторов в системах отопления - оптимальный всесезонный вариант в условиях холодного климата, подходят для водяного радиаторного отопления и систем теплых полов, удовлетворения потребностей в ГВС. Теплопотери снижены за счет того, что теплопередающие элементы находятся в вакуумных трубках.
Отопление дома солнечными вакуумными коллекторами зимой более эффективно, чем обогрев с использованием гелиопанелей. Внутри колбы коллектора, при условии отсутствия съема тепла, максимальная температура достигает 280-300°С, контролируемая модулем, предотвращающим закипание теплоносителя.
Читайте также: Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и ГВС

Отопление частного дома солнечными панелями - решение больше подходит для средних и южных широт. В этих регионах гелиопанели быстрее окупаются и отличаются большей теплоэффективностью. Принцип нагрева идентичен вакуумным коллекторам, только вместо колб в солнечных нагревателях для нагрева воды используется панель. Абсорбирующая поверхность прогревает соприкасающуюся с ней медную или алюминиевую пластину. Тепло передается циркулирующей жидкости. Интенсивность нагрева теплоносителя существенно ниже, чем у вакуумных гелиоколлекторов.
При помощи теплоаккумулятора, солнечные панели подключают к низкотемпературным системам отопления загородных домов (тёплым полам). Средняя температура нагрева 40-60°С. Для радиаторного обогрева «незакипающие» солнечные системы не подходят.

Читайте также: Плоский солнечный коллектор - устройство и принцип работы панельной гелиосистемы

Неотъемлемая часть гелиоколлекторов панельного и трубчатого типа - бойлер косвенного нагрева. Внутри емкости расположено два змеевика. Основной теплообменник подключен к котлу. Второй змеевик накопительного бака теплоаккумулятора предназначен для системы солнечного отопления.

В БКН или теплоаккумуляторе используется принцип косвенного нагрева. Основной источник нагрева воды, находящейся в буферной емкости, это отопительный котел. Гелиоколлекторы дополняют определенный запас тепла. При достижении заданной температуры в баке подача теплоносителя на нагрев прекращается.

Обогрев воздушными гелиосистемами

Принцип работы отличается тем, что в качестве теплоносителя используется горячий воздух. Внутреннее устройство воздушного коллектора во многом напоминает гелиосистемы панельного типа. Исключение составляет то, что абсорбер не соединяется с контуром отопления. Фактически, это обычный воздухонагреватель или конвектор. Воздух в помещение направляется посредством вентиляторов и гофрированных каналов.

Отопление в частном доме от воздушных коллекторов отличается быстрой окупаемостью и высокой теплоэффективностью. Единственный минус в том, что от системы воздухогрейного типа нельзя обеспечить потребности ГВС. Хотя существует несколько технических решений этого вопроса, но все они с низким КПД.

Читайте также: Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Одна из современных разработок: дом с пассивным обогревом или «солнечная стена». Абсорбером в этом случае выступает наружная стена здания, защищенная от внешней среды стеклом. Стена в течение всего дня аккумулирует тепло и затем ночью отдает его в отапливаемые помещения. Смотрится такая гелиоустановка современно и отличается хорошей теплоотдачей.

Тепловое аккумулирование используется не только для обогрева, но и охлаждения помещений. В летнее время года за счет солнечных батарей вентиляторы работают в режиме кондиционирования.

Что эффективнее - воздушный коллектор или водяной

Все зависит от того, какие цели ставит перед собой владелец частного дома. Сравнение солнечных водонагревателей с воздухогрейными конвекторами покажет следующее:

Эффективность зимой - панельные и вакуумные гелиосистемы предназначены для нагрева воды ГВС и отопления. После наступления холодов теплоэффективность коллекторов падает.
Панельные системы прекращают аккумуляцию тепла при –25°С. Трубчатые , хотя и с минимальной эффективностью, продолжают работать до –50°С.

Воздушный коллектор в первую очередь предназначен для обогрева помещений. Зимой гелиосистема воздушного типа продолжает отапливать здание. Отсутствие жидкостного теплоносителя позволяет коллектору работать при любой температуре.
Стоимость - солнечные воздухогрейные гелиосистемы обходятся дешевле, установка не требует больших затрат и использования дополнительного дорогого оборудования. Трубчатые и панельные коллекторы стоят дорого. В обвязке используется накопительный бак, контроллер и другое дорогостоящее оборудование.

Эффективность солнечного воздушного отопления можно увидеть в том, что полная окупаемость наступает уже через 1-2 года эксплуатации. При этом коллекторы работают на отопление, кондиционирование и поддержание необходимого микроклимата в доме.

Как сделать солнечный обогрев в своем доме

Для начала следует учесть, что гелиосистема не устанавливается одна по себе. Для нормального обогрева здания потребуется ее одновременная работа с отопительным котлом.

Необходимо изначально установить основной источник тепла - котел, из расчёта 100% покрытия всех теплозатрат здания. Только после этого приступают к расчету коллекторов.

Расчет гелиосистемы

Теплоотдача у водогрейных вакуумных и панельных коллекторов, а также воздухонагревателей, использующих энергию солнца разная. Соответственно нет единой системы расчетов. Для удобства можно воспользоваться специальными онлайн калькуляторами.

Примеры самостоятельных расчетов:

Воздушные гелиосистемы - дадут 1,5 кВт тепловой энергии на каждый 1 м² поверхности коллектора. Дом на 100 м² будет полноценно отапливаться при помощи 4 воздухонагревателей, общей площадью 8 м².
Вакуумный трубчатый коллектор - 15 трубок дадут в общей сложности 4,8 кВт/час. Для комфортного проживания одного человека потребуется от 2-4 кВт/час тепла. Дальнейшие расчеты выполняются по количеству проживающих в одном доме.

Таблица выбора бойлера косвенного нагрева и площади солнечного коллектора:

Объем накопителей (л)
Площадь коллекторов (м²)	Температура в накопителе (°С)

Стоимость коллекторов российского производства начинается от 15 тыс. руб. Аналоги, изготовленные в странах ЕС нередко достигают 40-50 тыс. руб. (указана стоимость комплекта). Учитывая общую цену нужно учесть, что для автоматизации солнечного отопления от панелей и трубчатых водонагревателей нужно установить блок управления, контроллер температуры, подключить бойлер косвенного нагрева, сделать обвязку, позволяющую одновременно работать котлу и коллекторам. Конечная стоимость «под ключ» будет зависеть от общей конфигурации отопительной системы.

Монтаж солнечной системы отопления дома

Существует несколько общих рекомендаций, облегчающих подключение гелиоколлекторов: