Солнечное отопление дома своими руками — принцип изготовления

Во многих развитых странах мира солнечные коллекторы для отопления дома используются повсеместно. Такие конструкции вытесняют традиционные системы отопления не только на юге, но и в регионах с умеренным климатом.

Разумеется, можно купить готовые солнечные коллекторы для отопления, такие, как представлены на фото, но их цена еще достаточно высока. Организовать солнечное отопление дома своими руками не составит труда – для этого потребуется только время и базовые познания в физике. Конечно, самостоятельно сделать вакуумный солнечный коллектор под силу далеко не всем. Но существует и более простая система. При монтаже конструкции солнечного отопления придется не только установить коллекторы на крыше дома, но и внутридомовые элементы.

Преимущества использования гелиосистем

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.

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.

Элементы солнечной отопительной системы

Комплект элементов гелиосистемы может меняться в зависимости от пожеланий заказчика и особенностей производства завода, но принцип комплектации остается постоянным.

Система солнечного отопления состоит из:

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

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

Изготовления солнечного коллектора

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

Для создания коллектора потребуются такие материалы:

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

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

При сборке коллектора необходимо в точности следовать указанной инструкции:

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

Как самому сделать солнечный коллектор, пример на видео:

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. Читайте также: «Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора».

Таким образом, система для отопления состоит из:

• коллектора;
• бака-резервуара;
• труб для подачи горячей воды и ее слива;
• трубы для поступления в коллектор холодной воды;
• вентиля для сброса давления;
• запорного вентиля;
• вентиля для подпитки (прочитайте также: «Автоматическая подпитка системы отопления — схема узла и клапана подпитки»);
• вентиля для слива.

Система отопления работает автоматически, хозяевам дома редко приходится вмешиваться в этот процесс. Для эффективного функционирования системы, в зимнее время коллектор необходимо очищать от налипшего снега, так как он будет отражать солнечные лучи и сделает устройство бесполезным.

В последнее время солнечная энергия для отопления дома используется все чаще. Если в нашей стране гелиосистемы встречаются редко и являются даже диковинкой, то в Европе они установлены в практически каждом доме. И это происходит не только потому, что использовать солнечную энергию можно бесплатно. Такие системы отопления полностью безопасны как для здоровья человека, так и для экологии. Традиционные приборы нагрева этим похвастаться не могут: продукты горения вызывают различные заболевания и ухудшают состояние окружающей среды. Читайте также: «Как установить солнечные коллекторы для отопления – от выбора до монтажа гелиосистемы».

Солнечные коллекторы достаточно эффективны и в регионах с умеренным климатом, а не только на юге. Даже если зимой много пасмурных дней, все равно сквозь тучи поступает достаточно ультрафиолета для того, чтобы хотя бы частично обогревать дом. Правда, в таком случае одной лишь солнечной системой отопления не обойтись – придется использовать и дополнительные источники тепла. Но в любом случае, расходы на обогрев дома заметно сократятся.

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

• 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.

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.

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:

1. Летний вариант для горячего водоснабжения
2. 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.

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.

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.

Компании производители рекомендуют исходить из таких цифр:

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

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

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

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 econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: