Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

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.

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.

Обратите внимание

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.

Важно

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.

Совет

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.

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.

Обратите внимание

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.

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

Важно

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.

Солнечное отопление частного дома

В зимний период обогреть частный дом весьма хлопотно и достаточно дорого. Однако существует действенный способ снизить расходы на отопления – создать своими руками солнечное отопление. Естественно, альтернативный метод не сможет полностью заменить традиционные системы отопления, но будет довольно эффективным в сочетании с ними.

Существуют различные современные гелиосистемы, однако в данной статье будет рассмотрено именно самостоятельное устройство солнечного коллектора для отопления.

Дом с солнечной системой отопления

Схема системы солнечного отопления

Представим сначала схему, согласно которой будет сооружена коллекторная система отопления дома от солнца, а после более подробно рассмотрим процесс ее монтажа.

Конструкция короба и солнечного коллектора

Каждый из элементов системы водонагрева, которая затем будет сообщаться с системой отопления дома, вполне доступен для собственноручного изготовления либо же представляет собой полуфабрикат, доступный в продаже.

Конструктивные особенности системы

Рассмотрим принцип действия данной конструкции в целом и в отдельности каждого из ее элементов:

• Солнечные лучи, которые в нашем случае являются основным источником энергии, попадают на солнечные панели для отопления, представляющие собой трубчатые радиаторы, заключенные в короб, верхняя часть которого остеклена и обращена к солнцу.
  Именно в этих коллекторах (солнечных батареях для отопления дома) абсорбируется тепловая энергия и передается дальше по системе. Примерно по аналогичному принципу обычно организуется обогрев теплицы.
• Каждый из радиаторов может быть сварен самостоятельно из стальных труб. В этом случае в качестве подводящей и отводящей труб лучше использовать трубу 3/4-1 мм, тогда как для решетки следует подготовить трубы с тонкими стенками и меньшим диаметром, к примеру 16*1,5 мм.
  Для сооружения решетки радиатора потребуется 15 труб данного типа 1,6м длиной.

• Стенки короба солнечного коллектора можно соорудить из досок 25-30 мм толщиной и 120 мм длиной. Дно короба изготавливается из фанеры либо оргалита и усиливается рейками 30*50 мм сечения.
  Короб должен быть тщательно теплоизолирован, чтобы отопление от солнца не расходовалось на нагрев окружающего воздуха.
  Утепление может быть выполнено пенопластом, который укладывается на дно короба и укрывается листом белой жести либо оцинкованным белым железом. Поверх жести, собственно, располагается радиатор. Радиатор должен быть неподвижно закреплен с помощью хомутов.
  Конструкция короба и солнечного коллектора

Совет!

Лист жести на дне короба и трубы радиатора необходимо окрасить в черный цвет, причем матовой краской.

Черный цвет лучше притягивает тепло. Стекло короба также должно быть качественно загерметизировано.

Снаружи короб рекомендуется выкрасить серебрянкой, что также позволит снизить теплопотери.

• Соединения гидравлической системы предусматриваются сварные и резьбовые – при помощи муфт уголков и тройников с дополнительной герметизацией пеньковой подмоткой и краской.
• В качестве накопителя теплоносителя под солнечное отопление частного дома можно использовать бак на 200-300 л.  Это может быть любая бочка подходящих размеров.
  Бак затем подлежит теплоизоляции, для чего его следует поместить в отдельный дощатый короб и заполнить межстеночное пространство любым утеплителем – пенопластом, ватой, сухими опилками и т.п. Кроме того, бак рекомендуется снаружи и изнутри окрасить серебрянкой.

Альтернативное водяному солнечное воздушное отопление своими руками можно организовать, используя подобную схему

• Самостоятельно изготавливаемое солнечное отопление дома предполагает наличие в гидросистеме постоянного давления, которое создается в нашем случае устройством аванкамеры. Это, своего рода, расширительный бачок, который выполняется из любого герметичного сосуда на 30-40 л.
  Аванкамеру необходимо оснастить подпитывающим устройством, которое позволит ей функционировать в автоматическом режиме. Основой устройства служит поплавковый клапан, используемый, к примеру, в сливных бачках унитазов.

Самостоятельная сборка отопительной системы на солнечной энергии

Итак, рассмотрим, как устроить из выше озвученных конструктивных элементов полноценное отопление солнцем.

Собираются солнечные водонагреватели для отопления по следующему принципу:

1. Первым делом на чердаке дома располагают накопительный бак в теплоизоляционном коробе и аванкамеру. Последняя относительно бака размещается так, чтобы ее уровень воды превышал уровень воды в баке на 0,8-1м.
2. Далее выполненные ранее солнечные коллекторы размещают на южной стороне дома, как правило, на крыше под углом относительно горизонта в 35-45 градусов.

   Уже готовые современные солнечные отопительные системы будут иметь более высокий КПД

3. Для соединения элементов системы в единую конструкцию используют два вида труб: 1/2 дюйма для монтажа высоконапорной части гидросистемы – от водопровода к аванкамере и вывода из накопителя нагретой воды; дюймовые для низконапорного участка.
   Все трубы и их соединения должны быть герметичны и подлежат теплоизоляции.
4. Далее солнечные системы отопления, подобные нашей, заполняются водой.

Совет!

Заполнение рекомендуется производить посредством дренажных вентилей в нижней части радиаторной системы.

Это предотвратит образование воздушных пробок в гидросистеме. Подача воды прекращается при появлении воды в дренажной трубе аванкамеры.

1. Далее аванкамеру следует соединить с вводом водопровода и открыть расходный вентиль. Уровень воды в ней начнет снижаться, пока не заработает поплавковый клапан.
   Изгибом держателя поплавка можно настроить в аванкамере оптимальный уровень воды.

Принципиальная схема, посредством которой можно своими руками организовать отопление солнечное

Принцип работы системы

После наполнения водой системы тут же начнется отопление солнечной энергией. Нагреваемая вода начнет подниматься вверх и заполнять собой накопительный бак, вытесняя холодную воду в радиатор. Подобный процесс будет проходить непрерывно, пока показатели температуры воды, выходящей из радиатора и поступающей в нее, не сравняются.

При расходовании воды из системы на бытовые нужды – душ, мытье посуды и т.д., в аванкамеру будет добавляться вода из водопровода. Поскольку аванкамера будет сообщаться с накопительным баком в нижней части, перемешивания теплой и холодной воды происходить практически не будет. Теплая вода подлежит забору из верхней части накопительного бака.

В завершение подобную конструкцию подсоединяют к отопительной системе дома и предусматривают возможность донагрева воды до необходимой температуры посредством электронагревателя и температурного датчика.

Датчик будет отключать электронагрев, если солнечная система нагреет воду достаточно сильно, и включать, если на улице, к примеру, ночь или пасмурная погода.

После этого солнечное отопление загородного дома можно считать обустроенным и оно гораздо эффективнее газовых котлов отопления для частного дома.

Солнечное отопление: 5 шагов, позволяющих сэкономить деньги на оплате коммунальных услуг

Сейчас все большее распространение в частном строительстве приобретают различные энергосберегающие технологии, которые используют альтернативные и возобновляемые источники энергии. В их число входит и солнечное отопление частного дома.

Сконструировав подобную систему, вы сможете более чем в половину сократить затраты на обеспечение своего жилища теплом в холодное время года, а, возможно, и полностью отказаться от использования газа или твердого топлива.

Солнце помогает не только обогреть дом, но и сэкономить

Монтаж отопления на солнечной энергии

Особенности

Солнечные системы отопления жилища имеют некоторые особенности, о которых следует знать до того, как приступать к их самостоятельному изготовлению.

Остановимся на отдельных конструктивных элементах этой инновационной инженерной сети и нюансах их конструирования:

1. Солнечное отопление загородного дома, как следует из названия, осуществляется за счет ультрафиолетовых лучей, посылаемых дневным светилом. Они освещают специально сделанные или приобретенные панели, которые представляют собой систему трубок, помещенных в специальный короб, верхняя часть которого прозрачна и открыта солнечному свету.

В этих коллекторах тепловая энергия солнечных лучей передается теплоносителю, в роли которого выступают вода, антифриз или воздух.

Обратите внимание! С помощью солнечных теплообменников может быть обустроен и обогрев теплицы. Однако, следует помнить, что в большинстве районов России такая система, работая самостоятельно, не в состоянии обеспечить нужный микроклимат. Возможно, придется дополнительно включить в систему газовый котел или отопитель на других видах топлива.

На фото – самодельный солнечный коллектор

1. Солнечные панели для отопления могут быть изготовлены в домашних условиях. Материалом для них послужат металлические трубы, сваренные особым образом в замкнутую систему.

Необходимы заготовки следующих размеров:

• для подачи холодной и удаления горячей воды – трубы размером ¾ дюйма и толщиной стенок в 1 мм;
• для решетки радиатора – трубы меньшего диаметра и с более тонкими стенками, позволяющими быстрее осуществлять теплообмен.

Сделать солнечные водонагреватели для отопления можно из 15-20 отрезков труб длиной 1,6-2 метра каждый.

1. Чтобы отопление солнцем было максимально эффективно, трубы коллектора должны быть помещены в специально сконструированный деревянный короб. Его стенки изготавливаются из обрезной доски толщиной в 25 мм и длиной, достаточной для заключения в него труб (как правило, около 120-180 мм).

Схема работы солнечного отопления

Дно можно сделать из фанеры, поликарбоната или оргалита. Его можно дополнительно армировать деревянными рейками или брусками сечением 30х30 мм.

Но на этом конструирование короба солнечного коллектора не окончено. Необходимо утеплить конструкцию, что позволит сделать отопление солнечной энергией еще более эффективным.

Делается это следующим образом:

• дно короба устилается пенопластом;
• установленный утеплитель защищается листом жести или оцинковки;
• на него производится установка заранее собранного радиатора, который неподвижно закрепляется с помощью хомутов или кронтшейнов.

Обратите внимание! Все внутренние части короба желательно покрыть черной краской, которая поглощает солнечную энергию. Кроме того, необходимо позаботиться, чтобы стекло или прозрачный пластик, закрывающий верх, был закреплен максимально герметично.

Составные элементы солнечного коллектора

1. Трубы коллектора соединяются между собой фасонными элементами с резьбой. Позаботьтесь о герметичности стыков. Уплотнение можно производить с помощью пеньки или специальной полимерной ленты. Также перед скручиванием резьбу рекомендуется промазать силиконовым герметиком.
2. Солнечное отопление дома предусматривает наличие емкости, в которой будет скапливаться нагретая в теплообменнике вода. Это может быть металлический или пластиковый бак, стенки которого утепляются пенопластом или другим материалом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности.

Накопительные емкости системы отопления

Можно изготовить деревянный ящик, в который поместить водяной накопитель, а остальное пространство заполнить теплоизолятором (керамзитом, пеной и так далее).

Внешнюю поверхность бака или короба желательно окрасить в серебристый цвет, что уменьшит теплопотери и увеличит коэффициент полезного действия конструируемой системы.

1. Отопление от солнца будет работать только при наличии давления в трубах. Поэтому необходима установка аванкамеры – герметичной емкости, объемом около 30 литров. В ней устанавливается регулировочный клапан, открывающий и закрывающий впускное отверстие.

Пошаговая сборка системы

Сама сборка готовых элементов в единую систему несложна и состоит из 5 шагов.

Шаг 1

Устанавливается емкость, накапливающая подогретую солнцем воду и бак, отвечающий за поддержание нужного давления (аванкамера). Ее необходимо закрепить примерно на 1-1,5 метра выше накопителя.

Шаг 2

Размещаются солнечные теплообменники. Лучшее место для них – на южной стене дома или крыше. В последнем случае желательно установить панели под углом 30-45 градусов к горизонту. В этом случае солнечные отопительные системы будут работать более эффективно.

Солнечные теплообменники на крыше дома

Шаг 3

Установленные элементы соединяются при помощи труб.

Желательно использовать детали двух различных размеров:

• ½ дюйма – для подвода воды от водопроводной системы к аванкамере и вывода воды из солнечных теплообменников (находящиеся под давлением);
• 1-дюймовые – для остальных отрезков сети.

Все трубопроводы необходимо теплоизолировать. Для этого можно использовать готовые скорлупы из вспененного полиэтилена или базальтового волокна.

Для конструирования системы необходимы стальные трубы диаметром ½ дюйма

Шаг 4

Отопление – солнечное или любое другое – требует наличия теплоносителя. Поэтому после окончания сборки трубы следует заполнить водой. Для этого в конструкции следует предусмотреть заправочные и сливные краны, которые располагаются в нижней части системы.

Подачу воды следует прекратить после ее появления в аванкамере, расположенной на чердаке.

Принцип работы комбинированной системы отопления и горячего водоснабжения

Шаг 5

Последний этап – запуск в эксплуатацию. Для этого нужно просто открыть расходный кран. После этого уровень воды в аванкамере будет снижаться до того момента, как стоящий в ней клапан перекроет отверстие. Кстати, это устройство можно использовать для регулирования уровня воды.

Схема работы солнечного отопления

Функционирование системы происходит следующим образом. Нагретая в солнечном теплообменнике вода поступает в накопительный бак, откуда может передаваться в радиаторы отопления или горячий водопровод. В последнем случае вода доливается в систему через аванкамеру.

При недостаточной эффективности системы отопления, в схему подключается газовый котел или другой отопитель, который дополнительно прогревает воду в баке.

Обратите внимание! Помимо описанной выше схемы, существует солнечное воздушное отопление – своими руками конструировать его несколько проще, однако, эффективность намного ниже. Поэтому рекомендуется остановиться именно на описанной выше разновидности с жидким теплоносителем.

Вывод

Созданное своими руками солнечное отопление вашего дома позволит вам не только сэкономить. Таким образом вы позаботитесь и об окружающей среде.

Еще больше информации об энергосберегающих технологиях, которые могут применяться при строительстве загородного дома, вы можете узнать из видео в этой статье.

Варианты солнечного отопления частного дома

Уже давно человечество мечтает о вечном двигателе, но сегодня люди, знакомые с законом сохранения энергии, понимают, что такая мечта так и останется фантазией.

Но оказывается, что у человечества имеется другой, почти вечный источник совершенно бесплатной энергии — это Солнце.

Сегодня инженеры уже разработали специальное оборудование, благодаря которому вполне возможно при помощи солнечной энергии получать не только электричество, но также и отопление частного дома, установив солнечный коллектор. На самом деле изготовить его можно в домашних условиях.

Варианты обогрева зданий при помощи солнечной энергии

В настоящее время существует два варианта обогрева частного дома с использованием такого светила как Солнце:

• солнечные батареи;
• солнечные коллекторы.

Иногда их путают, считая, что это одно и то же оборудование. Но в действительности эти устройства относятся к разному типу. Солнечные батареи можно использовать как для обогрева загородного дома, также для питания электроприборов.

В этом случае солнечная энергия преобразовывается в электрическую, которая накапливается в аккумуляторах. А уже после этого она используется для различных целей.

Такое устройство можно изготовить и самостоятельно, но основу батарей составляют фотоэлементы, которые придется покупать отдельно.

Совет

Здесь фотоэлементы должны подключаться в цепь, их необходимо зафиксировать и правильно установить.

А вот с помощью коллектора возможно только солнечное отопление своего жилья. Здесь используется только тепловая энергия. В этом случае при помощи солнечных лучей подогревается вода, которая потом подается в систему для отопления дома. Чтобы сделать такое отопление, фотоэлементы совершенно не потребуются. Уже сегодня народные умельцы изготовляют такое оборудование даже из подручных средств.

Устройство солнечного коллектора

Для того, чтобы сделать качественное отопление частного дома при помощи солнечной энергии, необходимо собрать коллектор, который представляет из себя гидравлическую систему. В нее должны войти следующие элементы:

• солнечные панели;
• аванкамеры;
• накопительный бак.

Солнечные панели представляют из себя трубчатый радиатор, который заключен в короб, имеющий стеклянную стенку. Этот короб должен устанавливаться только на солнечной стороне, например, на крыше.

По трубчатому радиатору должна двигаться вода, нагреваясь от солнечных лучей. Оттуда нагретая вода поступает в аванкамеру, где происходит замена холодной воды подогретым теплоносителем.

Чтобы система работала исправно, в ней должно поддерживаться постоянное динамическое давление. Из трубчатого радиатора нагретая вода попадает в бак, а затем она подается в отопительную систему.

Важно знать: чтобы такое отопление работало как можно лучше, коллектор необходимо разместить не только на крыше с южной стороны, но и под углом около 40 градусов. А сам радиатор и внутренняя часть короба окрашивается в черный цвет.

Солнечный коллектор эффективно работает благодаря так называемому термосифонному процессу. Так как плотность воды, нагреваясь, изменяется, нагретые слои при этом расширяются, вытесняя холодную воду. В результате такое солнечное отопление не нуждается в принудительной циркуляции.

Устройство солнечной батареи

Для отопления частного дома можно использовать и солнечные батареи, которые состоят из следующих элементов:

• солнечные элементы (фотоэлементы);
• преобразователь, при помощи которого из постоянного тока получается переменный;
• датчик для регулировки уровня зарядки батарей;
• аккумуляторы;
• система отбора мощности.

Такая система является более сложной, так как необходимо вначале получить и накопить электрический ток, который затем подается на электрический котел, где происходит нагрев теплоносителя.

Если использовать мощные солнечные батареи, площадь которых будет примерно 4 кв. м., то с их помощью можно обогреть дом средних размеров.

При этом удастся получить следующее количество энергии — 2000 кВт/ч в год.

Такие батареи лучше всего монтировать на домах, где для отопления используется электричество. Особенно полезными они будут в том случае, когда монтируется электрический теплый пол. Но для того, чтобы иметь в своем доме горячую воду, надо будет установить солнечные батареи большой мощности.

Особенности солнечного отопления

В этих двух системах обогрева дома с помощью солнечной энергии многое что зависит от площади, которую будут занимать светоулавливающие модули. Если на крыше будет установлена панель, имеющая мощность 800 Вт, то полученной энергии будет достаточно только для работы одного небольшого обогревателя.

А вот если к этой системе добавить батарею мощностью не меньше 8 кВт, то удастся обогреть несколько небольших комнат. При использовании солнечных элементов мощностью 13,5 кВт получится обогреть уже весь дом. Но необходимо учитывать, что модули должны занимать большую площадь, да и стоить они будут прилично.

Выводы

Как первый вариант отопительной системы, так и второй экологичны, потому что совсем не загрязняется окружающая среда.

Эти варианты очень подойдут для тех людей, которые хотят жить в гармонии с природой. Но эта технология еще новая, поэтому очень дорогостоящая. А самостоятельно ее изготовить не каждый сумеет.

Для северных широт ее можно использовать только как дополнительный вариант обогрева жилья.

Делаем сами: 8 вариантов солнечного отопления частного дома

Это в 19-м веке дома отапливали дровяными печами, а в 20-м – газовыми котлами. Сейчас уже 21-й век: это век информационных технологий, высоких цен на энергоносители и борьбы с «парниковым эффектом».

Уже сейчас солнечные батареи продают дешевле 1 $ за Вт мощности, хотя еще в 1977 году 1 Вт продавался в среднем за 77 $ (легко запомнить: «четыре семерки»).

И всякие солнечные коллекторы (например, вакуумные трубки) тоже заметно дешевеют.

И не стоит думать, что солнечное отопление домов развивается только в Дании, Германии, Швеции или Канаде. Например, можете посмотреть видео, где человек в Одессе сам сделал 18 кв. м плоских солнечных коллекторов, и они уже второй сезон дают тепло для отопления его дома.

1) «Минимальный» вариант:

Обратите внимание

Многие думают, что можно купить небольшое количество солнечных коллекторов (максимум 10-20 кв. м), и они решат все их проблемы с отоплением дома. И кроме того все эти коллекторы можно будет расположить на крыше, т.е. должно получиться что-то подобное следующему фото:

К сожалению, этого очень мало для полноценного отопления дома (хотя это в несколько раз больше, чем нужно было бы для снабжения горячей водой душа и умывальников). Например, 10 кв.

м коллекторов будут выдавать в солнечный день только 3-5 кВт мощности нагрева, чего достаточно для отопления примерно 50 кв. м помещений во время морозов. Но, очевидно, солнечного тепла не будет ночью и в пасмурные дни, т.е.

больше 95 % времени в ноябре-феврале.

В октябре и марте-апреле так дом уже греть нельзя, поскольку во время солнца оно и так нагревает комнаты через окна, и часто доходит даже до того, что форточки приходится открывать, чтобы не было так жарко.

И в то же время ночью дом отапливать очень нужно, поскольку температура на улице опускается до нуля и ниже. Выходом из этой ситуации является тепловой аккумулятор: это бак с водой (500 литров воды на 8-12 кв.

м коллекторов), которая в солнечный день нагревается коллекторами, чтобы в ближайшую ночь отдать это тепло радиаторам отопления.

Экономический смысл использования варианта № 1 есть тогда, если стоимость солнечных коллекторов окажется меньше 50 EUR за кв. м. В этом случае можно уложиться в 300-1000 EUR за всю систему (10-20 кв. м коллекторов, тепловой аккумулятор 500-1000 литр, насосы, трубы, теплообменники, автоматика), а даст это следующее:

– Экономия около 80 куб. м газа в ноябре-феврале (это включение на протяжении 20-25 солнечных дней в этот период)

– Экономия около 120 куб. м газа во второй половине октября, а также в марте и первой половине апреля. Но это только, если будет тот тепловой аккумулятор

– Полное отопление дома в начале октября, а также в конце апреля и начале марта. Вечера и ночи в это время все-таки холодные, и поэтому можно отапливать дом в эти моменты (солнечное тепло все равно бесплатное), чтобы не ходить в свитере, не мерзнуть по ночам и не болеть

– Полное (с огромным избытком) горячее водоснабжение дома в мае-сентябре. Избытка горячей воды будет так много, что ее можно будет передавать соседям

Очевидно, для варианта № 1 очень дорогими оказываются вакуумные трубки и плоские коллекторы, которые продаются магазинами по 150-300 EUR за кв. м.

Важно

Таким образом, нужно все-таки самому делать плоские коллекторы, и в Internet можно найти (но с огромным трудом) конструкции плоских коллекторов с 30-50 EUR / кв. м расходов на комплектующие.

Но не всякий самодельный коллектор сможет эффективно работать зимой. Поэтому здесь нельзя принимать серьезного решения без экспериментов или совета знающего человека.

О расположении коллекторов на крыше лучше не думать: их крепление там автоматически увеличивает их стоимость на 10-30 EUR / кв. м по сравнению с расположением на земле. И обслуживать их там будет очень сложно, особенно если будет выбрана ненадежная конструкция коллектора.

Тот тепловой аккумулятор (на 500-1000 литр воды) тоже лучше изготовить самостоятельно, поскольку покупка такого в магазине обойдется примерно в 1000 EUR. И вообще, все лучше делать самому, поскольку оплата наемников не позволит уложиться в цель «300-1000 EUR за всю систему».

Но будет лучше, если использовать очень дешевые солнечные коллекторы с ценового уровня «10-20 EUR / кв. м». Пример такого коллектора:

В таком случае хозяину частного дома будет трудно сделать следующий выбор. С одной стороны, он может инвестировать 300-700 EUR в солнечную станцию с 10-20 кв. м коллекторов.

Но с другой стороны, утепление стен дома (пенополистиролом) или замена его окон потребует те же 300-700 EUR. А эффект от этих инвестиций оказывается примерно одинаковый для всех этих вариантов (снижение потребления газа на 10-15 %).

В таком случае придется делать выбор на основании следующих особенностей:

– Утепление дома – это «сделал и забыл», в то время как солнечная станция будет требовать присмотра и обслуживания.

– Солнечная станция будет требовать землю для своего расположения: 15 кв. м коллекторов потребуют участок 2 м х 10 м, свободный от теней.

– Солнечная станция даст еще и много бесплатного летнего тепла. Его можно использовать для горячего водоснабжения дома, производства электричества и других целей, описанных в варианте № 2.

А если дом уже имеет теплые стены и новые окна, то выбора уже не будет: нужно строить солнечную станцию.

Совет

Вариант № 1 является единственным, который не требует много земли для солнечной станции. Кроме того, он является начальным этапом для перехода к другим вариантам (Если мы хотим построить большую солнечную станцию, то начинать нужно все-таки с небольшой станции).

2) Вариант солнечной станции с лишним зимним теплом:

Этот вариант подойдет не каждому частному дому.

Например, это может быть дом с открытым бассейном. К примеру, для 50-тонного открытого бассейна рекомендуют установить 25-30 кв.

м солнечных коллекторов (рекомендуют площадь солнечных коллекторов, примерно равную 70-100 % от площади открытого бассейна).

И получается так, что в мае-сентябре тепло коллекторов идет на нагрев воды бассейна, а в октябре-апреле тепло коллекторов оказывается ненужным, и поэтому оно может быть направлено на отопление дома.

Бассейн может быть у хозяина соседнего участка. В этом случае можно продавать ему летнее тепло (по теплотрассе с теплообменником и тепловым счетчиком), и оплата этого тепла окупит солнечную станцию за несколько лет (а в качестве дополнительного бонуса – бесплатное зимнее тепло для отопления своего дома).

Вариант № 2 также подойдет, если рядом (не дальше 50-100 м) будет находиться иной большой потребитель летнего тепла: база отдыха, гостиница, завод и т.п.

Можно продавать горячую воду (по водосчетчику), устроив на краю своего участка душевую для завода или аграрного предприятия. Либо за пределами своего участка организовать место мойки контейнеров, животных и т.п.

Также, летнее тепло может понадобиться для бизнеса хозяина, например, сушка пиломатериалов: для высушивания 100 куб.

Обратите внимание

м древесины за сезон требуется около 20 000 квт-час тепла, с чем могут справиться (на протяжении мая-сентября) около 100 кв. м коллекторов.

Можно специально построить такую сушку, чтобы зарабатывать деньги на заказах от пилорам. Или можно уговорить знакомого поставить такую сушку на своем участке.

Можно сушить твердое топливо для своего дома. Например, чтобы высушить 10 тонн мокрой тырсы (до 5 тонн сухой, чтобы потом сделать из нее пеллеты), нужно потратить около 3,5 квт-час тепла за сезон (от примерно 20 кв. м коллекторов).

Вообще, можно найти много других вариантов использования летнего тепла («кто ищет, тот всегда найдет»). Главное, чтобы это было такое использование, чтобы тепло мая-сентября было максимально востребовано, а тепло ноября-марта было для этого ненужным.

Если такая солнечная станция должна иметь 30-100 кв. м коллекторов, дом получит от нее тепло, которое покроет 20-50 % его отопительной потребности.

3) Вариант «на 2 кв. м дома используется примерно 1 кв. м солнечного коллектора:

Для этого варианта потребуется 1-3 соток земли.

Например, это может быть огород, причем он не пропадет, поскольку между рядами солнечных коллекторов остается достаточно места для выращивания картошки и других культур, а в тени солнечных коллекторов можно попробовать посадить лесную землянику или какие-то цветы, не переносящие солнца (там также очень хорошо растет зеленая травка, типа как на газонах). Кроме того, коллекторы можно удалять на период мая-сентября, поскольку они в это время не нужны, а такое удаление, возможно, будет продлевать их срок службы. Если своей земли нет, можно договориться с соседями, расплачиваясь с ними излишками солнечного тепла в мае-сентябре.

Тепловой аккумулятор нужен уже большой (бак с несколько тонн воды), и он должен быть окружен толстой теплоизоляцией (20-40 см), чтобы хранить тепло на протяжении нескольких дней или недель.

Уменьшить толщину его теплоизоляции имеет смысл, если аккумулятор устанавливается в подвале, теплице или помещении, которое требуется отапливать; в этом случае тепловые утечки из аккумулятора оказываются даже полезными, и он, как бы, оказывается дополнительным «радиатором отопления», эквивалентным чугунной батарее с 10-20 секций. На каждый 1 кв. м коллекторов требуется 60-90 литров теплового аккумулятора. При разрядке (т.е. охлаждении с 80-100 град до 40-60 град) каждой 1 тонн воды аккумулятора освобождается тепло, эквивалентное сжиганию 5-7 куб. м газа. При самостоятельном изготовлении аккумулятора он обойдется от 100-200 EUR / тонна (если его сваривать из стального листа) до 20-40 EUR / тонна, если это будет типа показанного на видео:

Важно

Таким образом, вариант № 3 предполагает солнечную станцию, состоящую из 1-3 рядов типа показанного на следующем фото:

Стоимость материалов для каждого такого ряда (он имеет 29 кв. м зеркал) – от 250 до 300 EUR. Стоимость остальных элементов солнечной станции описана в ролике: 

Очевидно, что чем ближе станция к дому, тем она дешевле будет стоить. Вообще, расходы на солнечную станцию помещаются в 400-1200 EUR (при условии ее самостоятельного изготовления), а дает она следующее (на примере станции с 60 кв. м зеркал):

– Отопление дома получит эквивалент 600-800 куб. м газа: солнечная станция (в Центральной Украине) будет полностью отапливать его в октябре и апреле, а также закроет 50-80 % отопительной потребности марта и отопит дом в солнечные периоды ноября-февраля

– Также будет эквивалент 100-200 куб. м газа для холодных ночей перед отопительным сезоном и после него: не нужно будет мерзнуть, экономя газ

– Также будет 100-200 куб. м газа тепловых утечек из теплового аккумулятора, которые можно использовать для отопления. Но если аккумулятор будет стоять на улице, это тепло потеряется (хотя можно подумать, чтобы окружить его теплицей или оранжереей)

– Солнечное тепло можно также использовать для горячего водоснабжения дома в мае-сентябре. При этом можно сэкономить порядка 100 EUR на стоимости традиционного источника горячей воды (электробойлер или газовая колонка): тот будет уже не нужен, если подключить станцию определенным образом

– Кроме этого, станция может производить много тепла в мае-сентябре (эквивалент порядка 1000 куб. м газа). Куда его можно деть – см. варианты № 2, 4, 8

4) Солнечная станция для электричества и тепла:

Пять способов производства электричества солнечными коллекторами описаны в моем 2-минутном ролике:

Это следующие способы: «паровая турбина», «фокусирование света на солнечных батареях», «элементы Пельтье», «цикл Рэнкина», «ORC». На высокое КПД рассчитывать не стоит: для производства 1 кВт-час электричества нужно будет тратить 10-30 кВт-час тепла.

Если ставится цель сделать 1000 кВт-час электричества в год, потребуется солнечная станция с 100 кв. м зеркал. Можно подсчитать, что стоимость такой станции (1000-1500 EUR) оказывается дешевле, чем солнечные батареи для выработки такого же количества электроэнергии (для этого нужно около 10 кв.

м солнечных батарей, а также их крепления, инверторы и др. оборудование). Но при этом:

– Есть дополнительный бонус: 100 кв. м зеркал бесплатно дадут около 1000 куб. м газа для отопления дома и его горячего водоснабжения (т.е. на производство электричества будет направляться только то тепло, которое окажется ненужным для отопления или горячего водоснабжения)

– Способы «элементы Пельтье», «цикл Рэнкина» и «ORC» производят электричество не только во время солнца, а также ночью, в несолнечные дни и т.п., поскольку они работают на тепле из теплового аккумулятора

– Практическая реализация любого из тех пяти способов может стать основой хорошего бизнеса с большими перспективами

Но реализовать это все может только человек, хорошо разбирающийся в физике. Если такого человека в круге знакомых нет, лучше забыть о варианте № 4.

5) Вариант с «сезонным тепловым аккумулятором» для 100 % солнечного отопления дома: