Солнечное отопление дома коллекторами: принцип работы и цена. Надежное солнечное отопление частного дома Солнечные котлы отопления

Разработка новых технологий в альтернативной энергетике побудила людей задуматься над применением их в повседневной жизни. В последнее время растет популярность использования солнечной энергии.

За рубежом уже давно такой метод отопления вытеснил традиционный. Тем более сейчас возрастает стоимость поступления тепла в дома. А отопление от солнца не требует оплаты каждый месяц. Солнечная батарея для дачи – продуктивный способ уменьшения затрат в летний период.

Проживая в квартире, многие задумываются об установке такой системы в загородном доме. Ведь она потребует вложений только на первоначальной стадии. Срок службы может достигать четверти века. А окупаемость данного метода будет достигнута в течение трех лет.

Солнечная энергия, используемая для отопления, может преобразовываться двумя видами оборудования:

батареи – производят электрический ток, который далее поступает на электрическое оборудование;
коллекторы – в них происходит нагревание теплоносителя (жидкости), который отдает свое тепло.

Солнечный коллектор для отопления может быть подключен к действующей системе подачи тепла. Еще таким приспособлением можно нагревать воду.

Преимущества и недостатки

Подача тепла, обеспечиваемая светом, имеет такие положительные качества:

расходы на топливо уменьшаются;
неисчерпаемость источника;
экологическая чистота энергии;
простота употребления;
независимость от мировых проблем;
свободная возможность применения;
возможность установки дополнительных устройств;
бесшумность работы;
продолжительный срок эксплуатации.

Но отопление на солнечных батареях обладает и рядом недостатков:

большие затраты при установке и монтаже;
необходимость размещения с южной стороны дома;
важно территориальное нахождение объекта, где будут установлены солнечные батареи для дома;
прочная поверхность крыши из-за тяжелого веса;
зимой результативность от работы снижается;
требуется точный расчет при монтаже;
совместимость с иным способом отопления для гарантии постоянного поступления тепла.

Устройство батарей

Установки лучше всего размещать на южной стороне дома, чтобы поток лучей был максимальным. Батареи на крыше должны располагаться под углом, который соответствует 30°.

Отопление солнечными батареями предполагает появление напряжения под действием света. Затем напряжение подается на другие предметы. Они оснащены аккумулятором, который копит энергию, а затем в пасмурную погоду отдает ее.

Батареи состоят из:

наружной прозрачной панели, внутри которой перемещается вода или воздух;
черной площадки из металла, которая вбирает лучи;
накопителя, в котором находится нагретая вода или газ.

Система солнечного отопления включает основные составляющие:

преобразователь обыкновенный;
преобразователь постоянного тока в переменный;
датчик для регулировки уровня заряда;
аккумулятор;
механизм выбора мощности.

Солнечные батареи на крыше преимущественно употребляются для производства электричества. Поэтому такой способ сочетается с электрическим способом подачи тепла в доме, а также там, где присутствуют теплые полы. При выборе обогрева дома мощными моделями можно еще получить питание для нагревания воды.

Устройство коллекторов

Солнечные коллекторы для отопления предполагают преобразование тепловой энергии. Тепловой носитель под воздействием света нагревается и в дальнейшем отдает тепло. Эффективность тепла, получаемого от солнечных коллекторов, зависит от объема светового потока, и влияет на отопление.

Разновидности коллекторов:

в качестве теплоносителя применяется антифриз;
в качестве теплоносителя употребляется воздух.

Если применяется жидкостный теплоноситель, то различают плоские и трубчатые коллекторы.

Плоские коллекторы состоят из:

абсорбер – поглощает лучи света;
прозрачный слой;
поверхность с изоляцией тепла.

Плоские коллекторы оснащены трубками, уложенными в виде змейки. Трубки имеют по два отверстия – входное и выходное. Возможно подключение от одного или двух патрубков.

Трубчатые коллекторы, как и плоские, содержат трубки, по которым движется теплоноситель. Трубчатые коллекторы снабжены двумя категориями трубок. Первая категория – коксиальные. Их конструкция состоит из трубки, помещенной в другую трубку. Причем концы у обеих запаяны. Между стенками получается вакуум. Вторая категория – перьевые, состоящие из одной трубки. Она содержит адсорберную перьевую планку.

Воздушные коллекторы предполагают воздушную передачу теплоты. Поток воздуха поддается регулированию с учетом температуры помещения и уровня нагрева коллектора. Воздух из коллектора имеет прямую возможность поступать в помещение либо в вентиляционную систему. Воздушные коллекторы подходят для отопления гаража или дачи. Они обычно крепятся на стену.

Выбор типа отопления

Как выбрать солнечную батарею для дома – этот вопрос интересен многим, желающим приобрести этот тип подачи тепла для жилища. Для южных областей лучше выбирать плоский вид коллектора, так как при таких условиях эффективность установки будет выше.

Территории, где господствует холодный климат, для отопления дома лучше использовать солнечный коллектор трубчатого типа. Эти нагреватели можно подобрать по находящемуся веществу в тепловом канале, который будет подходить климату местности.

Воздушные коллекторы служат вспомогательным солнечным оборудованием для отопления. Они хорошо нагреваются солнцем, но при пасмурной погоде возникают проблемы. Гелиосистемы такого типа прекрасно впитывают энергию зимой, когда лучи еще отражаются от снега. Таким образом, выбрать солнечные батареи можно с учетом целей применения и климатических условий.

Солнечные системы отопления, работающие от батарей, чаще всего находят применение при взаимодействии с другими видами отопительных приборов, работающих от электричества. Солнечные панели можно совместить с электрическими аккумуляторами и получить дополнительное электричество для дачи. Хотя гелиосистемы для отопления в этом случае потребуют большую площадь дома.

Это оборудование можно располагать на кровле. При этом монтаж солнечных батарей на крыше требует либо ее переделку, либо замену какой-либо части на пластины нагревателей. Можно подбирать нагреватели, внешне похожие на кровельный материал. Еще из выбираемых панелей солнечных батарей можно заменить полностью небольшую крышу.

Монтаж солнечных батарей включает основные этапы:

панель устанавливается на крышу дома;
на какой-нибудь стене размещается контролер (для низковольтных приборов);
установка аккумулятора;
подсоединение инвертора (для высоковольтных приборов).

Гелиосистемы для отопления дома необходимо устанавливать с помощью специальных квалифицированных служб.

Солнечная система отопления в зимний период может быть очищена от снега специальной щеткой.

Существует много мнений насчет того, что солнечные обогреватели слишком долго окупаются и обладают низкой эффективностью. Несмотря на это появляется все больше людей, которые используют солнечные батареи для отопления дома в комплекте с другими источниками. Ведь многие стремятся сэкономить средства благодаря гелиосистемам в столь нестабильной экономической ситуации. А обогреватель на даче, работающий на солнечных батареях, снижает многие затраты.

В большинстве регионов России на обогрев жилых домов тратятся огромные суммы. Это заставляет домовладельцев искать дополнительные возможности в этой сфере. Энергия солнечного излучения – это экологически чистое и бесплатное тепло. Применяя современные технологии, можно использовать солнечную энергию для обогрева помещений в регионах средней и южной части России.

Возможности современных технологий

Поверхность земли получает различное количество солнечной энергии, все зависит от расположения территории относительно экватора и времени года. К примеру, в Заполярье солнца намного меньше, чем в экваториальной части. Кроме того летом солнечное излучение интенсивнее, чем в зимний период. При расчетах средних значений специалисты определили, что за один час квадратный метр поверхности земли получает около 160 Вт солнечной энергии. Современные системы отличаются высокой продуктивностью, благодаря чему появилась возможность использовать энергию солнечного излучения практически в любом месте.

Для получения максимального КПД при использовании солнечной энергии применяются два способа:

Прямое нагревание тепловых коллекторов. Прямые солнечные лучи нагревают тепловые коллекторы, они в свою очередь передают тепло жидкости в отопительном контуре и системе горячего водоснабжения. Тепловые коллекторы могут быть открытого и закрытого типа, могут иметь плоскую или сферическую форму. Тепловую энергию, получаемую с коллекторов можно использовать для нагревания рабочей среды в системе водоснабжения и теплоносителя в отопительной системе.
Применение солнечных батарей. В этом случае происходит преобразование солнечной энергии в электричество, которое в последствие передается потребителю через специальную систему.

Разработка решений по сбору, аккумулированию и применению энергии солнечных лучей довольно быстро прогрессирует. Однако в этой области есть много положительных и отрицательных сторон.

Преимущества и недостатки использования солнечных коллекторов и батарей

Основным преимуществом в использовании солнечных систем отопления является общедоступность. На втором месте стоит отсутствие выбросов. Солнечная энергия считается самым экологичным и естественным видом энергии.

Кроме того работа солнечных батарей и коллекторов отличается бесшумностью, а расположение на крыше здания позволяет сэкономить полезную площадь.

Основное неудобство при использовании солнечной энергии для дома потребители испытывают от непостоянного освещения. Например, в ночное время отсутствует возможность сбора энергии, а в зимнее время, когда требуется большое количество тепла, световой день довольно короткий.

Кроме этого необходимо постоянно следить за чистотой панелей, чтобы не снижать коэффициент полезного действия. Также следует учесть, что амортизация оборудования, работа циркуляционного насоса и управляющей электроники требует постоянных расходов.

Солнечные коллекторы открытого типа

Конструкция открытых солнечных коллекторов выполнена в виде системы трубок, незащищенных от внешних воздействий. Внутри этой системы циркулирует теплоноситель, который нагревается непосредственно от солнечных лучей. Трубки фиксируются на несущей панели в виде змейки или с параллельной укладкой рядов и выходят к патрубку. Трубки могут заполняться водой, газом, воздухом или антифризом.

Простая конструкция и отсутствие изоляции делает открытые коллекторы доступными по цене практически для всех потребителей. Кроме того домашние мастера имеют возможность сделать своими руками солнечное отопление частного дома.

Отсутствие изоляции на трубках системы не позволяет сохранять полученную солнечную энергию, поэтому такие системы имеют очень низкий КПД. Их основное использование приходится на нагревание воды в бассейнах и душах в летнее время. Чаще всего коллекторами открытого типа пользуются жители теплых и солнечных регионов, где температура воздуха и нагреваемой воды не имеет существенных перепадов. Наибольшая эффективность работы была отмечена в солнечную погоду при отсутствии ветра.

Солнечные коллекторы трубчатого типа

Для сборки трубчатого солнечного коллектора используются отдельные трубки, заполненные водой, газом или паром. Такая конструкция является одним из видов открытых гелиосистем, но с более теплоносителем, более защищенным от негативного воздействия внешних факторов. Сюда относятся вакуумные установки, устроенные по принципу термоса.

В трубчатом солнечном коллекторе трубки расположены параллельно с индивидуальным подключением к общей системе. Это позволяет заменять вышедшую из строя трубку новым элементом без ущерба для работы всей конструкции. Кроме того систему можно собирать непосредственно на крыше здания, что во многом упрощает монтажный процесс.

Главным преимуществом трубчатого солнечного коллектора является цилиндрическая форма основных элементов. Благодаря этому солнечная энергия собирается на протяжении всего светового дня, причем для этого не требуется установка дополнительных устройств, которые следят за передвижение солнца.

В зависимости от конструктивных особенностей солнечные коллекторы делятся на два вида: перьевые и коаксиальные.

Трубки коаксиального типа имеют некоторое сходство с обычным термосом. Их конструкция представляет собой две колбы с откачанным между ними воздухом. Поверхность внутри первой колбы покрыта высокоселективным веществом, которое способно максимально поглощать солнечную энергию. Именно этот слой служит своеобразным проводником тепловой энергии к внутреннему теплообменнику, состоящему из алюминиевых пластинок. Однако этот этап характеризуется большим количеством нежелательных потерь тепла.

Трубки перьевого типа выполнены из стекла и имеют цилиндрическую форму, внутри стеклянного цилиндра располагается перьевой абсорбер. Отсутствие воздуха внутри трубки существенно повышает теплоизоляционные характеристики. Количество передаваемого от абсорбера тепла практически не снижается, следовательно, коэффициент полезного действия таких коллекторов значительно выше.

Передача тепла осуществляется прямоточной системой и посредством термотрубки.

Термотрубка – это запаянная емкость, внутрь которой залита легкоиспаряющаяся жидкость, в качестве которой чаще всего используется вода под низким давлением. Нагреваясь от внутренних стенок емкости или перьевого абсорбера, жидкость закипает, и ее пары поднимаются вверх. После передачи тепловой энергии теплоносителю отопительной системы или горячего водоснабжения происходит конденсация пара в жидкость, которая по стенкам стекает вниз.

Прямоточная система представляет собой U-образную трубку с циркулирующим внутри теплоносителем.

В одной половине трубки располагается холодный теплоноситель, посредством второй части отводится нагретая жидкость. При повышении температуры происходит расширение теплоносителя, и он поступает в накопительный бачок для обеспечения естественной циркуляции.

Главным условием расположения термотрубки и прямоточной системы является создание определенного угла наклона, который не должен быть меньше 20 градусов.

Наибольшей эффективностью характеризуются системы прямоточного типа, так как в них непосредственно нагревается теплоноситель.

Преимущества и недостатки систем отопления

Как и любая система, трубчатые солнечные коллекторы имеют свои положительные и отрицательные стороны. Из достоинств системы можно выделить следующее:

Незначительные потери тепла.
Возможность использования при достаточно низкой температуре воздуха, до -30 градусов.
Высокий коэффициент полезного действия на протяжении всего светового дня.
Высокие показатели работоспособности в регионах с холодным и умеренным климатом.
Невысокая парусность, которая объясняется тем, что трубчатые системы пропускают через себя основное количество воздушных масс.
Способность нагревать теплоноситель до высокой температуры.
Долгий эксплуатационный срок.

Из недостатков системы особое внимание привлекает следующее:

Система не способна самостоятельно очищать снег, лед и иней.
Высокий ценовой уровень.

Что касается высокой стоимости, то здесь следует отметить, что трубчатые коллекторы окупаются за достаточно короткое время.

Плоские солнечные коллекторы закрытого типа

Конструкция плоского коллектора представляет собой алюминиевый каркас со специальным поглощающим слоем и прозрачным покрытием. Также сюда входит трубопровод и утеплитель.

В качестве абсорбирующего слоя используется зачерненная листовая медь с отличной теплопроводностью, идеально подходящей для создания гелиосистем. Абсорбер поглощает энергию солнечного излучения и передает ее теплоносителю, который циркулирует по примыкающему трубопроводу.

Наружная часть панели имеет защиту в виде прозрачного покрытия, для изготовления которого использовалось закаленное стекло, устойчивое к механическим повреждениям. Это позволяет создать надежную защиту от града. Полоса пропускания такого стекла составляет 0,4-1,8 мкм, что достаточно для максимально солнечного излучения. Внутренняя сторона панели имеет хороший теплоизоляционный слой.

Закрытые плоские панели имеет ряд неоспоримых преимуществ:

Простая конструкция.
Высокая эффективность при использовании в теплых регионах.
Наличие приспособления для изменения угла наклона панели, позволяющее выбрать оптимальное расположение конструкции.
Самостоятельная очистка от инея и снега.
Приемлемая стоимость.
Долгий срок эксплуатации, качественные изделия могут прослужить до полувека.

Если использование системы было включено в проект здания, то в этом случае можно получить большую выгоду.

Из недостатков внимание привлекает следующее:

Высокие потери тепла.
Достаточно большая масса конструкции.
Высокая парусность наклонно расположенных панелей.
Низкая производительность при температурных изменениях до 40 градусов.

Область использования плоских закрытых панелей для отопления дома с помощью солнечных батарей достаточно широкая:

Летом системы полностью удовлетворяют потребности в горячей воде.
Между отопительными сезонами они способны заменить газовые приборы отопления и электрические обогреватели.

Сравнительные характеристики некоторых видов солнечных коллекторов

Основной характеристикой любого солнечного коллектора является его производительность. В зависимости от конструктивных особенностей и разности температур определяется КПД системы. при этом стоит учесть, что стоимость плоских коллекторов значительно ниже, чем аналогичный показатель трубчатых систем.

Выбирая солнечный коллектор, следует внимательно изучить параметры, от которых зависит эффективность солнечного водяного отопления и мощность конструкции.

Солнечные коллекторы имеют ряд достаточно важных характеристик:

По коэффициенту адсорбции можно определить отношение общей и поглощенной энергии солнечного излучения.
По коэффициенту эмиссии определяется отношение количества переданного тепла и поглощенной энергии.
Соотношение общей и апертурной площади.
Коэффициент полезного действия.

Под апертурной площадью следует понимать рабочую площадь коллектора. Системы плоского типа характеризуются максимальными значениями этого показателя. Апертурная площадь соответствует площади абсорбирующего слоя.

Способы подключения к отопительной системе

Одним из недостатков солнечных коллекторов является невозможность постоянного снабжения энергией. Следовательно, при подключении важно подобрать систему, которая способна работать в ограниченном режиме.

В регионах средней части России солнечные коллекторы используются в качестве дополнительного источника тепла, так как не гарантируют постоянного потока энергии. Подключение солнечных коллекторов и батарей к функционирующей системе отопления и горячего водоснабжения имеет некоторые отличия, которые обязательно следует учитывать.

Подключение тепловых коллекторов

Схема подключения определяется прямым назначением конструкции, чаще всего применяется два варианта:

Для нагревания воды в летнее время.
Для нагревания теплоносителя зимой в системах отопления и горячего водоснабжения.

Первый вариант отличается своей простотой, его работа основана на естественном перемещении теплоносителя. Следовательно, такая схема использования солнечной энергии для частного дома может использоваться без циркуляционного насоса. Принцип работы выглядит следующим образом: при нагревании солнечными лучами вода в коллекторе расширяется и поступает в накопительный бачок. На место уходящей воды засасывается холодная жидкость.

Однако следует учитывать, что для большей эффективности работы системы с естественной циркуляцией необходимо создать определенный угол наклона. Кроме того важно расположить накопительный бак на более высоком уровне, чем солнечный коллектор.

Для поддержания высокой температуры теплоносителя аккумулирующий бак требует дополнительной теплоизоляции.

Максимально эффективная работа солнечного коллектора требует использования более сложной схемы подключения.

В систему заливают незамерзающий теплоноситель и врезают циркуляционный насос. Для управления его работой устанавливают контроллер и температурные датчики. Первый датчик показывает значения температуры воды в аккумулирующем бачке, второй датчик устанавливают на трубе, подающей горячий теплоноситель от солнечного коллектора. Такая схема работает по следующему принципу: при нагревании воды в баке выше заданных параметров происходит отключение циркуляционного насоса, и движение теплоносителя прекращается. Когда температура понижается до контрольных значений, контроллер включает котел отопления.

Как подключаются солнечные батареи

Схема подключения солнечного коллектора, при которой происходит накопление энергии солнечного излучения, не может использоваться для подключения солнечных батарей. В этом случае придется дополнительно устанавливать дорогостоящий блок аккумуляторов. Следовательно, необходимо воспользоваться другим вариантом.

Энергия с солнечных батарей передается контроллеру заряда, который предназначен для постоянной подачи энергии аккумуляторам и стабилизации напряжения. При поступлении электричества на инвертор постоянный ток преобразуется в переменный однофазный ток 220 В.

Получение универсального вида энергии для отопления дома от солнца делает солнечные батареи более выгодными, но не стоит забывать о меньшей эффективности этой системы. Также следует учесть, что солнечный коллектор не может накапливать энергию, как это делают солнечные батареи.

Расчет мощности

Чтобы выгодно использовать солнечные коллекторы, важно учитывать следующие рекомендации производителей:

Система должна обеспечивать горячее водоснабжение лишь на 70%.
В отопительную систему от солнечных коллекторов может поступать не больше 30% энергии.

Только в этом случае можно добиться экономии расходов на отопление и горячее водоснабжение почти на 40%.

При расчетах мощности коллектора для отопления дома солнечной энергией также следует учитывать расположение системы, угол наклона панелей и среднегодовую температуру в регионе.

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

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

Можно ли обогреть дом солнцем

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды отопления от солнца

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

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

Отопление на водяных коллекторах

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Обогрев воздушными гелиосистемами

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

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

Читайте также: Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

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

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

Что эффективнее - воздушный коллектор или водяной

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

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

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

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

Как сделать солнечный обогрев в своем доме

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

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

Расчет гелиосистемы

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

Примеры самостоятельных расчетов:

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

Таблица выбора бойлера косвенного нагрева и площади солнечного коллектора:

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

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

Монтаж солнечной системы отопления дома

Существует несколько общих рекомендаций, облегчающих подключение гелиоколлекторов:

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

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

Что могут предложить современные технологии

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

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

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

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

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

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

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

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

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

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

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

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

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

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

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

Открытые солнечные коллекторы

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

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

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

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

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

Трубчатые солнечные коллекторы

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

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

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

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

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

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

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

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

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

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

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

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

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

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

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

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

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

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

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

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

Достоинства:

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

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

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

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

Плоские закрытые солнечные коллекторы

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

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

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

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

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

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

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

К недостаткам можно отнести:

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

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

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

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

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

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

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

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

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

Способы подключения к системе отопления

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

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

Схема подключении теплового коллектора

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схема подключения солнечной батареи

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

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

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

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

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

Как посчитать необходимую мощность коллектора

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

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

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

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

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

Пример расчета:

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

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

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

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

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

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

Типы солнечного отопления

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

Впустим солнце в дом - пассивные методы обогрева

Окна - на юг

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

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

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

Стена Тромба

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

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

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

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

Гелиотеплица - свежие овощи как бонус

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

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

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

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

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

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

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

Активное отопление - солнечный свет собирают вакуумные коллекторы

Воздушный солнечный коллектор

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

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

Вакуумный солнечный коллектор

Наиболее совершенное на сегодняшний день устройство для гелиоотопления.

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

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

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

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

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

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

Почему на крышах наших домов не видно гелиоустановок

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

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

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

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

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

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

Как обстоят дела в Европе

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

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

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