Отопление частного дома солнечными батареями схемы и устройство

Виды отопления от солнца

Технологии, использующие солнечную энергию, кажутся новыми только на фоне более традиционных систем. Солнечное тепло уже давно активно перерабатывается в тепловую и электрическую энергию, особенно в тех странах, где Солнце светит круглый год. В северных странах с этим сложнее, но даже в таком случае солнечной энергии находится применение, ведь ее можно использовать как резервный энергоресурс.

Для сбора солнечной энергии используется два типа устройств:

  1. Солнечные батареи. Данные устройства накапливают собранную энергию и позволяют использовать ее для питания электрических приборов. Солнечные батареи – это панели, на лицевой стороне которых установлены фотоэлементы, а с другой стороны располагается фиксирующий механизм. Солнечная батарея для обогрева дома не очень сложна конструктивно, поэтому такие элементы иногда собирают самостоятельно, но гораздо проще и надежнее покупать готовые устройства.
  2. Солнечные коллекторы. Этот тип устройств предназначен для включения в систему отопления. Такие конструкции представляют собой теплоизолированные короба, в которых проходит теплоноситель. Коллекторы устанавливаются на крыше или специальных щитах с той стороны здания, на которую попадает больше всего солнечных лучей. Чтобы эффективность впитывания энергии была более эффективной, системы делают поворачивающимися в соответствии с направлением солнечных лучей.

Разница между коллекторами и солнечными батареями видна из их конструкции. Коллекторы (гелиосистемы) используются непосредственно для нагрева теплоносителя, в то время как батареи собирают энергию для ее преобразования в электричество. Конечно, солнечные батареи для обогрева дома тоже можно использовать, но такая схема довольно неудобна, да и требовательна к погодным условиям – для нормального обогрева солнечных дней должно быть не менее 200 в году.

К достоинствам солнечных отопительных систем можно смело отнести следующие качества:

  1. Экологичность. Впитывание и преобразование солнечной энергии происходит без каких-либо выбросов вредных веществ, поэтому можно говорить о полной экологической чистоте таких систем.
  2. Автономность. Солнечное тепло обходится совершенно бесплатно, что позволяет не думать о текущем уровне цен на энергоносители и необходимости их подведения к своему частному дому.
  3. Экономичность. Комбинирование традиционного и альтернативного отопления позволяет неплохо сэкономить в процессе эксплуатации. Если же использовать только солнечное отопление, то все затраты сводятся к приобретению необходимых элементов системы и их обслуживанию.
  4. Доступность. Солнечные коллекторы и батареи не нужно согласовывать с какими-либо государственными органами, поскольку работа подобных систем автономна и не представляет какой-либо опасности.

Из недостатков главным образом выделяются следующие качества:

  1. Длительный период определения эффективности. Чтобы понять, насколько солнечная система эффективна и выгодна в конкретных условиях эксплуатации, ей необходимо проработать хотя бы 3 года.
  2. Высокая стоимость оборудования. Солнечные батареи и комплектующие к ним на сегодняшний день стоят довольно дорого, поэтому без существенных изначальных вложений обойтись не удастся.  
  3. Зависимость от внешних условий. Если климат в географической локации, где установлены коллекторы, не отличается большим количеством солнечных дней, то установка солнечных устройств может даже оказаться нецелесообразной.
  4. Необходимость резервного отопления. Чтобы отопительная система была надежной, ее необходимо обязательно продублировать (дублирующим контуром обычно выступает именно солнечный обогрев).
  5. Требовательность к обслуживанию. Солнечные коллекторы нужно качественно обслуживать, постоянно проводя профилактические и очистительные работы. Запуск системы при отрицательных температурах возможен только в том случае, если она и сам дом имеют надежную защиту от холода.

Отопление частного дома солнечными батареями схемы и устройство

Использование солнечных батарей для обустройства отопительной системы имеет ряд нюансов. Все дело в том, что такие устройства главным образом предназначены для сбора энергии, которая в дальнейшем преобразуется в электрическую. Чтобы сделать отопление на солнечных батареях, нужно будет собрать систему, подключенную к накопительному баку – именно в этом элементе конструкции будет осуществляться разогрев теплоносителя.

Чтобы понять, можно ли выгодно использовать солнечные батареи для отопления дома зимой, нужно рассмотреть виды данных устройств, их эксплуатационные особенности и способы использования.

Конечно, собрать отопительную систему на солнечных батареях возможно, но гораздо удобнее и практичнее использовать элементы, изначально предназначенные для отопления – солнечные коллекторы. Такие устройства обеспечивают прямой нагрев воды за счет солнечной энергии, и никаких посредников в этой цепочке нет.

Каждую систему необходимо рассмотреть подробнее, чтобы иметь возможность осознанно выбирать самый подходящий для конкретной ситуации вариант.

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

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.

солнечные панели для отопления дома

При выборе отопительной системы рекомендуется тщательно изучить ее особенности и возможности. Но сначала нужно рассчитать общую площадь дома и необходимое количество тепла, которое потребуется для его обогрева. Кроме этого, необходимо определиться с местоположением устройства. Но для этого лучше всего обратиться к специалистам, поскольку даже незначительное отклонение может заметно повлиять на ее эффективность. При выборе места нужно учитывать следующие нюансы:

  • Установка солнечных батарей своими рукамиконструкцию, которая обеспечивает солнечное отопление, необходимо расположить на южной стороне, так как именно там сосредотачивается наибольшее количество тепла;
  • крыша не должна быть в горизонтальном положении, а иметь небольшой уклон (примерно 45 градусов);
  • само устройство довольно габаритное и тяжелое, поэтому ему требуется прочная стропильная система;
  • деревья и здания, которые расположены вблизи коллекторов, не должны образовывать тень или закрывать солнце.

Правильная установка значительно увеличивает эксплуатационный срок солнечных батарей. Система в таком случае прослужит около 25—30 лет и окупит себя уже на третий год использования, обеспечив владельцу дома независимость от коммунальных служб.

Дом на солнечных батареях: украинский опыт – Дача 29.03.2014

Лучше всего выбрать для системы место, которое максимально освещается на протяжении всего дня. Если дом находится в плохом состоянии и на его крыше нельзя закрепить коллекторы, то можно выбрать другое здание.

Что касается накопителя, то его можно расположить в подвале или на чердаке. Таких элементов может быть несколько, тогда они будут более компактны, а значит, и места занимать станут гораздо меньше.

Приобретение солнечных батарей хоть и затратное мероприятие, но вполне оправданное. Ведь получаемая энергия бесплатная, а ее источник неиссякаем.

Солнечное отопление дома солнечными батареями опыт 3 года

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.

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.

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.

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

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.

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

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.

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

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.

Предлагаем ознакомиться  Смена батарей отопления в квартире

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.

отопление на солнечных батареях

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

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.

Тонкости применения солнечных панелей для отопления дома

солнечная энергия для отопления дома

Уже давно датируется тот день, когда были изобретены устройства, которые могут заряжаться от света. Еще в 90-х годах человечество ознакомилась с такими изобретениями, как батарейки для часов, калькуляторов и других мелких устройств. Ученые из других стран научились использовать энергию солнечных лучей несколько раньше, чем наши отечественные исследователи. Некоторый опыт есть и у наших специалистов, поэтому сейчас необходимо только заняться усовершенствованием некоторых достижений и результатов.

Строение солнечной батареи

Удачным достижением можно назвать использование солнечных лучей для организации отопительной системы частного или загородного дома. Солнечная система отопления входит в категорию альтернативных, особенно в тех странах, где солнце светит более 20 дней в месяц. Стандартные системы отопления дорогостоящие не только в плане организации, но и в плане коммунальных тарифов. Альтернативные отопительные системы помогут избавиться от зависимости коммунальных контор.

  • Круглый год ваш дом обеспечен необходимым теплом. Также можно регулировать температурный режим в доме по своему усмотрению.
  • Тотальная независимость от жилищно-комунальных служб. Теперь вам не придется платить огромные счета за отопление.
  • Солнечная энергия – это такой запас, который можно использовать на различные нужды бытового характера.
  • У таких батарей очень хороший эксплуатационный срок. Они редко выходят из строя, поэтому не придется беспокоиться о том, что необходим ремонт или замена некоторых компонентов.

Есть некоторые нюансы, на которые стоит обратить внимание перед тем, как остановить свой выбор на данной системе. Ведь такая система может подойти не для всех. Во многом качество такой отопительной системы зависит от географии проживания. Если вы проживаете в таком регионе, где солнце светит далеко не каждый день, то такие системы будут неэффективными.

Продолжительность солнечного сияния на территории России

Для того чтобы снабдить дом необходимым количеством тепла, потребуется от 15 до 20 кв. метров площади солнечных батарей. Один квадратный метр выделяет в среднем до 120Вт.

Для того чтобы получать около 500кВт тепла в месяц, нужно чтобы в месяце было около 20 солнечных дней.

Обязательным условием является установка солнечных батарей на южную сторону крыши, так как на нее распространяется больше всего тепла. Для того чтобы отопление от солнечных батарей было максимально эффективным, угол наклона крыши должен составлять около 45 градусов. Желательно, чтобы возле дома не росли высокие деревья и не находились другие предметы, которые могут создавать тень.

Стропильная система дома должна обладать необходимой прочностью и надежностью. Так как солнечные батареи не совсем легкие, нужно позаботиться о том, чтобы они не нанесли вред зданию и не спровоцировали разрушительные процессы. Вероятность обрушения возрастает зимой, так как в это время на крыше, помимо тяжелых батарей, будет накапливаться снег.

Солнечные батареи как правило размешают на крыше дома

Несмотря на то, что солнечные батареи стоят довольно дорого, они все больше набирают популярность. Их используют даже там, где климат не слишком жаркий. Такую систему можно использовать и в качестве дополнительного отопления дома. Наиболее эффективны такие системы в летние месяцы, когда солнце светит почти каждый день. Однако не стоит забывать о том, что дом необходимо отапливать преимущественно в зимние месяцы.

Батареи можно разделить на два основных типа:

  • Малые фотоэлектрические системы.
  • Большие фотоэлектрические системы.

К первой категории можно отнести аккумуляторные панели, работающие от напряжения в 12-24В. Такие системы обеспечат электроэнергией, необходимой для работы телевизора и нескольких осветительных приборов в доме. Большие системы могут не только полностью обеспечить дом необходимой электроэнергией, но и сыграть важную роль в организации отопительной системы. Стоит учитывать, что солнечные батареи не смогут обеспечить необходимым теплом и электричеством большие дома с несколькими этажами.

Солнечные батареи различного типа и размера

Комплектация солнечных батарей может несколько отличаться. В базовую комплектацию входят такие компоненты, как:

  • Вакуумный солнечный коллектор.
  • Контроллер, который способен следить за тем, чтобы работа системы была максимально эффективной.
  • Насос, который будет подавать теплоноситель от коллектора в отопительный бак.
  • Емкость для горячей воды, которая имеет объем от 500 до 1000 литров.
  • Электрический тэн или тепловой насос.

Отопление частного дома солнечными батареями схемы и устройство

Схема системы отопления работающей на солнечных батареях

Если вы оборудуете достаточно мощное отопление частного дома солнечными батареями, то дом можно обеспечить еще и горячим водоснабжением. Кроме того, можно дополнительно оборудовать такую систему, как теплый пол.

Перед тем, как устанавливать систему отопления, нужно убедиться в том, что ее мощности хватит на ваши нужды. Для этого учитываются такие показатели, как общая площадь дома,  количество жильцов, которые в нем проживают и необходимый расход энергии.

Если семья состоит из трех человек, то потребуется от 200 до 500 кВт энергии в месяц. Если вы планируете организовать горячее водоснабжение, то потребуется больше электроэнергии. Наиболее эффективной считается комбинированная отопительная система. Она позволяет подстраховать жильцов дома на случай непредвиденных или аварийных ситуаций.

Отметим, что установленная система сможет прослужить вам более 25-ти лет, а окупится она примерно через 3 года, если эксплуатировать ее постоянно.

Отопление дома от солнца может быть двух типов:

  • На основе солнечных батарей.
  • На основе солнечных коллекторов.
солнечное отопление дома своими руками

Отопление с помощью солнечных батарей

солнечное отопление дома своими руками

Отопление с помощью солнечных коллекторов

Солнечное отопление обладает множеством преимуществ:

  • Существенно экономятся затраты на топливо.
  • Это полностью экологически безопасная система.
  • Простота использования.
  • На фотоэлементы цены падают, поэтому падает и стоимость оборудования и монтажа системы.

Среди недостатков можно отметить следующие:

  • Когда день пасмурный, энергии будет вырабатываться существенно меньше.
  • Оборудование и монтаж такой системы – дорогое удовольствие.
  • Бесперебойная работа такой системы требует к себе особенного внимания: точных расчетов и верной установки всех элементов.
отопление дома от солнца

Система отопления с применением солнечных батарей

Главная

Отопление частного дома солнечной энергией при помощи батарей лучше всего ставить на южную сторону крыши, а угол крыши должен быть не менее 30 градусов. Специалисты рекомендуют учесть также наличие дополнительных помех – к примеру, если рядом стоят сооружения или деревья, которые впоследствии могут помешать функционированию системы.

Солнечная батарея состоит из следующих элементов:

  • Прозрачная верхняя панель, внутри нее будут циркулировать вода или воздух, сделанная из стекла или пластмассы.
  • Металлическая зачерненная поверхность, поглощающая теплоэнергию солнца.
  • Водяной бак или специальный накопительный резервуар, куда идет нагретая жидкость или газ, после чего они поступают в батареи.
солнечные системы отопления частного дома

Солнечная батарея в разрезе

В солнечные системы отопления частного дома входят такие элементы:

  • Обыкновенный преобразователь.
  • Преобразователь постоянного в переменный ток.
  • Датчик, который регулирует уровень зарядки и разрядки батареи.
  • Аккумулятор.
  • Система отбора мощности.
Предлагаем ознакомиться  Межосевое расстояние радиатора отопления чугунного

https://www.youtube.com/watch?v=FJ4r-io4urE

Солнечное отопление загородного дома на батареях применяется, в основном, для того чтобы получить электричество. Поэтому такие батареи будет лучше всего установить там, где используется электрическое отопление, электрообогреватели или теплый пол. Когда вы оборудуете отопление солнечными батареями большой мощности, можно будет снабдить свой дом горячей водой.

отопление частного дома солнечной энергией

Солнечные батареи приобрели большую популярность в мире

Что касается эффективности такой системы, как отопление дома солнечной энергией от батарей, то этот показатель зависит от множества факторов, основной из которых – это поступающая солнечная энергия. Если ваше жилье располагается в северной широте, то лучше всего использовать совмещенные виды отопления, где солнечная энергия будет лишь дополнением. Это же касается и тех местностей, где наблюдается частая пасмурная погода, так как в такое время мощность батарей будет очень маленькой.

отопление дома солнечной энергией

Система отопления солнечными коллекторами

Бывают такие виды коллекторов:

  • Работающие на воде или антифризе. Первый тип коллекторов – это плоские коллекторы, которые состоят из абсорбера, который и поглощает солнечную энергию, прозрачного слоя и покрытия с теплоизоляцией.
  • Работающие на воздушных массах и обеспечивающие воздушное солнечное отопление дома.

Поэтому лучшим вариантом будет приобретение готового оборудования – это эффективно и выгодно. К тому же, стоимость его окупается через короткое время.

Примитивные устройства на солнечной энергии известны уже давно. Однако в зарубежных странах намного раньше, чем у нас, научились использовать солнечную энергию для обогрева домов. В настоящее время технологии все больше совершенствуются, чтобы солнечные батареи стали доступны широкому кругу потребителей.

Отопление частного дома солнечными батареями схемы и устройство

Безусловно, приобрести панели солнечного отопления не так уж дешево, да и для их применения требуется наличие солнечной погоды. Однако в перспективе они себя вполне оправдывают, ведь счета за электричество или природный газ, чтобы отапливать дом, все время растут.

Солнечные батареи позволяют потребителям обустроить индивидуальную систему отопления без зависимости от коммунальных служб и грабительских тарифов. Многие потребители, испробовавшие такие системы, остались ими очень довольны.

  1. Применение системы солнечных батарей для отопления дома будет эффективным лишь в том случае, если в регионе проживания достаточное количество солнечных дней в году.
  2. Сами по себе солнечные батареи стоят достаточно дорого. Так, для обеспечения семьи энергией в достаточном объеме потребуется примерно 15-20 м2 солнечных элементов, поскольку 1 м2 панелей вырабатывает всего 120 Вт. Поэтому вся система выльется в приличную сумму.
  3. Монтаж панелей нужно производить только с южной стороны крыши, так как в этом месте будет попадать больше всего солнца. При этом общая площадь должна быть не менее 40 м2, иначе, все напрасно.
  4. Чтобы батареи вырабатывали порядка 500 кВт энергии ежемесячно, в регионе должно быть солнечно примерно 20 дней.
  5. Обустройство отопления с помощью солнечных батарей мощностью в 7 кВт обойдется вначале достаточно дорого – очень высоки цены на оборудование. Однако затраты окупятся уже спустя несколько лет использования. Для небольшого дома такой мощности будет достаточно.
  6. Оптимальный уклон крыши для установки солнечных батарей – 45°. При этом вокруг дома не должно быть высоких деревьев и других зданий, создающих тень и препятствующих попаданию солнца на оборудование.
  7. Важно проверить надежность стропильной системы кровли, поскольку масса оборудования будет создавать на нее дополнительную нагрузку. Кроме того, в зимнее время на крыше собирается снег.

Изготовления солнечного коллектора

Самое простое решение, которое сразу приходит на ум – обратиться в компанию, которая специализируется на продаже и установке солнечных генераторов. Такое решение имеет массу преимуществ – специалисты смогут подготовить индивидуальный проект, наиболее подходящий для конкретных условий эксплуатации, а на приобретенное и установленное оборудование будет выдана гарантия. Недостаток подобного решения – слишком высокая стоимость работ.

Впрочем, собрать домашнюю солнечную электростанцию можно и самостоятельно, но для этого потребуется немалый опыт, а также солидные затраты труда и времени. Кроме того, нужно будет разобраться в том, какие элементы нужны для обустройства системы, и как они взаимодействуют между собой.

Набор элементов для монтажа солнечного отопления выглядит следующим образом:

  • Комплект солнечных модулей;
  • Аккумуляторная батарея;
  • Контроллер заряда;
  • Инвертор;
  • Коммутация.

Аккумуляторы желательно подбирать так, чтобы у них были одинаковые характеристики. Хорошие аккумуляторы могут удерживать энергию около 3-4 дней, и этот параметр тоже нужно учитывать, как и тот факт, что в холодном помещении устройства разряжаются намного быстрее. Для суточного потребления в 2400 Вт-ч суммарная емкость батарей должна составлять не менее 1000 А-ч.

Инверторы, используемые для солнечных систем, имеют возможность синхронизировать фазу напряжения, в результате чего перевод 12 В в 220 В осуществляется без малейших задержек, поэтому электрические приборы не испытывают лишних нагрузок. Централизованные электросети таким качеством похвастать не могут, поэтому солнечные генераторы в этом плане гораздо удобнее и надежнее.

Устройство плоского коллектора представляет собой утепленный металлический короб, в котором расположена впитывающая солнечную энергию пластина (чаще всего спрятанная под слоем черного хрома). Сверху эта часть конструкции накрывается герметичной прозрачной крышкой. Вода разогревается в трубках, которые расположены змейкой и подключены к пластине.

Также стоит отметить используемые виды теплообменников:

  • Система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
  • Стандартные трубки для перемещения воды U-type.

Второй тип теплообменников считается более эффективным, но у него есть серьезный недостаток – высокая стоимость ремонта, которая обусловлена необходимостью замены целого блока при повреждении одной трубки. С трубками первого типа в этом плане гораздо проще, поскольку они независимы друг от друга, что позволяет при необходимости заменять каждый отдельный элемент конструкции.

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 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.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

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.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

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.

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

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.

Предлагаем ознакомиться  Воздушное отопление частного дома своими руками

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.

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

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

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

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.

солнечное отопление частного дома

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

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

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

Тонкости применения солнечных панелей для отопления дома

Существует три основных типа солнечных батарей:

  1. Монокристаллические. Рабочим элементом таких устройств являются тонкие пластины, выполненные из чистого кремния, выращенного искусственным образом. КПД таких пластин в самом лучшем случае достигает 17-18%. Наиболее комфортная температура эксплуатации – от 5 до 25 градусов.
  2. Поликристаллические. Рабочий элемент – пластины, которые получается в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Такой способ изготовления более прост по сравнению с предыдущим, но и КПД соответствующий – в лучшем случае он достигает 12%.
  3. Аморфные (пленочные). Для производства таких батарей кремний выпаривается и оседает тонкой пленкой на полимерной основе. Дешевизна производства и простота изготовления подобных устройств имеет прямую зависимость с эффективностью – КПД аморфных батарей не превышает 7%.

отопление от солнечных батарей

В странах с преимущественно холодным климатом чаще всего используются солнечные батареи, изготовленные с использованием монокристаллических рабочих элементов. Впрочем, выбор наиболее подходящего типа нельзя назвать очевидным – пленочные модули гораздо удобнее в установке, не предъявляют особых требований к основанию и обходятся на порядок дешевле.

Внешние элементы батарей предназначены для сбора и преобразования солнечной энергии, которая в дальнейшем будет перемещена в накопитель. Небольшие отдельные батареи вырабатывают около 100-250 Вт энергии, а сборные модульные конструкции площадь в 25-30 м2 позволяют обеспечить электроэнергией небольшое жилое здание. Чтобы использовать солнечные батареи для отопления дома, их площадь должна быть в несколько раз выше указанного значения.

Эффективность

Чтобы использовать солнечную энергию для отопления частного дома, гораздо проще будет собрать схему из коллекторов – но такая возможность есть не всегда, поэтому приходится рассматривать иные варианты. Например, вполне может быть так, что на участке уже установлена рабочая система из солнечных батарей, которая используется только для обеспечения дома электричеством и горячей водой.

Приобретать новое оборудование при таких условиях будет слишком невыгодно ввиду его высокой стоимости. Чтобы обеспечить обогрев дома солнечными батареями, оптимальным решением будет увеличение мощности системы модулей. Самый простой вариант – приобрести несколько дополнительных кремниевых панелей и подключить к системе отопительного котла, работающего за счет электричества.

Грамотное распределение электрической энергии позволит обеспечить как систему горячего водоснабжения, так и отопительный контур. Чтобы мощности хватало на все, потребуется немало солнечных батарей – автономные здания, использующие только солнечную энергию, обычно полностью покрыты фотоэлектрическими панелями.

Определить эффективность солнечной системы до ее использования не получается, поэтому все расчеты получаются лишь приблизительными. Сложность предварительных расчетов связана с тем, что есть масса факторов, просчитать влияние которых на эффективность сбора энергии невозможно. Конечно, при наличии некоторого опыта можно провести более-менее точный расчет, но такой опыт есть лишь у профессионалов, специализирующихся на проектировании и установке солнечных систем.

Наибольшее влияние на эффективность системы оказывают следующие факторы:

  • Нестабильность погоды – определить заранее количество солнечных дней невозможно даже в солнечных регионах, не говоря уж о северных краях;
  • Нестабильное потребление энергии, которое также зависит от географического расположения здания, получающего тепло и электрическую энергию за счет солнечного света;
  • Возможность выхода системы из строя – сложность конструкции свидетельствует о том, что она будет нередко ломаться, причем определить неисправность в некоторых случаях бывает затруднительно.

Эффективность солнечных систем можно повысить, воспользовавшись одним из следующих способов:

  1. Смена расположения модулей. Иногда для повышения КПД достаточно будет правильно расположить модули относительно вектора направленности солнечных лучей. Обычно для этого нужно развернуть все модули на юг. Если день в регионе долгий, можно также использовать поверхности, направленные на восточную и западную сторону – там тоже хватает света, который преобразуется в энергию.
  2. Изменение угла наклона. В документации к модулям всегда указывается рекомендуемый угол наклона, при котором КПД системы будет максимальным. На практике это значение может существенно варьироваться в зависимости от географического местоположения и других индивидуальных особенностей.
  3. Выбор места для установки. Чаще всего солнечные модули устанавливаются на крыше здания – это самый простой, доступный и очевидный вариант, но не самый эффективный. Лучше всего будет заранее подготовить поворотное основание и установить панели на него, чтобы устройства следовали за солнечными лучами по мере их смещения.

На последний пункт стоит обратить особое внимание. Конечно, установленные на крыше модули не бесполезны – в конце концов, никаких препятствий для солнечных лучей в таком случае нет, поэтому они легко достигают устройства и преобразуются в необходимый тип энергии. Проблема в том, что расположение модулей перпендикулярно солнечным лучам имеет максимальную эффективность на протяжении короткого промежутка времени.

Поворотные устройства, отслеживающие текущую направленность лучей, позволяют избавиться от подобных проблем. Правда, у таких устройств есть и отрицательные стороны – в частности, речь идет о крайне высокой стоимости поворотных систем. Кроме того, в ряде случаев приобретение такого оборудования никак не влияет на эффективность системы – например, если не были должным образом учтены климатические условия. Затраты в данном случае будут совершенно нецелесообразными.

Согласно примерным расчетам, для того, чтобы поворотные элементы окупились, их количество должно составлять не менее восьми. Конечно, можно использовать и меньшее количество модулей (около 3-4), но они будут выгодным приобретением только в том случае, если подключать их напрямую к водяному насосу, в остальных же случаях прирост эффективности будет незначительным.

Выбор системы и ее установка

Если отопительная система будет установлена правильно, то она прослужит не менее 25 лет. Такая система окупит себя полностью максимум через 3 года. Для многих такой срок наверняка не покажется слишком долгим. К тому же, вы полностью не будете зависеть от коммунальных служб.

Солнечный коллектор должен быть установлен на площади с максимальным солнечным освещением. Если здание непригодно для установки коллектора, такое устройство можно установить на соседнем строении. Накопитель можно разместить в подвале. Нередко встречаются такие системы, где накопителей несколько. В таком случае они будут обладать более компактным размером.

Те, кто выбрал для обогрева своего дома такую отопительную систему, как солнечные батареи, может сказать, что он поступил правильно. Солнечная энергия не стоит денег и, к тому же, является неиссякаемым источником тепла. Все, что нужно, – это вложить некоторые средства в оборудование и установку такой системы, зато потом она себя полностью окупит и избавит вас от зависимости платить деньги коммунальным службам.

Супер отопление
Adblock detector