Солнечное отопление своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 01.09.2024

Одним из вариантов экономии электроэнергии в солнечные дни может послужить простейший солнечный коллектор. Эту конструкцию нетрудно собрать своими руками, а нагретый теплоноситель применять для отопления и разнообразных бытовых потребностей. Конструктивно такой водонагреватель состоит из абсорбера (ключевой элемент), накопительной емкости и водопроводной системы. Для повышения эффективности желательно еще включить в систему циркуляционный насос.

Солнечные коллекторы – разновидности и нюансы

По возможностям повышения температуры воды гелио коллекторы принято разделять на три группы.

t +60° - высокотемпературная группа. Как правило, вакуумного типа с промышленными абсорберами. Предназначены для обогрева дома.

На современном рынке представлен широкий спектр солнечных коллекторов водяного и воздушного типа отечественных и зарубежных производителей, однако их стоимость относительно высока. При сборке своими руками затраты уменьшатся кратно, а общий КПД установки снижается всего на 15-25%.

Важно! Лучшим по эффективности является конструкция из подручных вспомогательных материалов и заводской модели абсорбера.

Водяной солнечный коллектор – стандартная схема и производительность при условии сборки своими руками

Наиболее распространенный вариант солнечного коллектора включает:

трубку или шланг, через который на нагревательный элемент будет подаваться вода или иной теплоноситель;
трехслойный абсорбер-водонагреватель – теплоизолятор снизу, стальной лист посередине, стекло или акрил сверху в деревянной или пластиковой раме на подставке;
трубку или шланг для отвода нагретой воды;
воздухоотводчик;
накопительный бак;
циркуляционный насос – опционно, как дополнительное оборудование.

С целью повышения КПД поверхность адсорбирующего листа окрашивают в черный цвет термостойкой краской. Это минимизирует отражение и позволяет поглощать до 99% тепловых фотонов в профессиональных моделях и до 80% - в самодельных.

Собрать подобный солнечный водяной коллектор самостоятельно не так уж сложно. Потребуется только набор необходимых материалов, вспомогательной периферии и минимальные навыки работы с инструментами.

Солнечный коллектор для отопления и водоснабжения своими руками – рассчитываем параметры

Перед изготовлением водонагревателя необходимо произвести расчет его будущей эффективности. Иначе говоря – определить, какой объем жидкости в состоянии нагреть панель определенной площади до заданных показателей температуры. Для удобства рассмотрим способности солнечного коллектора для нагревания воды или отопления, собранного своими руками, площадью 1 м2. Во сколько раз полученный результат окажется меньше планируемых потребностей и на столько потребуется увеличить площадь абсорбера с аналогичными физико-техническими характеристиками.

1. Поглощение энергии и потери тепла

На каждый квадратный метр поверхности падает следующее количество теплового излучения:

Чистое небо (лето)

Примем среднее значение за 800 Вт и произведем расчет для солнечного водяного коллектора в 1кв.м., собранного своими руками.

Исходные данные для вычисления процента потерь:

корпус – деревянный короб;
лицевая сторона – зачерненное стекло;
абсорбер – стальной лист;
нагревающийся трубный контур в корпусе;
теплоизолятор – пенопласт, 10 см (коэффициент теплопроводности ? 0,05 Вт/м*град);
разница начальной и конечной температур – 30°С;
нагреваемый теплоноситель – вода (теплоемкость ? 1,15 Вт/кг*град)

Подставим толщину и теплопроводность пенопласта в таком водяном нагревателе самостоятельной сборки в формулу и получим результат:

0,05 / 0,1 * 30 = 15 Вт.

Это первая часть потерь, полученная тепловыделением тыльной стороны корпуса. Вторая часть будет потеряна за счет выделения тепла в окружающее пространство трубного контура и деревянных торцов. Ее величина при такой температурной разнице примерно равна первой. Общее снижение производительности составит 15 + 15 = 30 Вт, а итоговое поглощение 800 – 30 = 770 Вт при ясной погоде и 570 Вт, если небо частично затянется облаками.

Следовательно, солнечный водяной коллектор площадью 1 квадратный метр, который был собран своими руками, сможет нагреть:

за 1 час в ясную погоду 770 Вт / 1,15 Вт/кг*град ? 670л воды на 1°, или 22,3 л на 30°;
за 1 час при легкой облачности 570 Вт / 1,15 Вт/кг*град ? 495л воды на 1°, или 16,5 л на 30°.

Следует принимать во внимание, что в утренние и вечерние часы, а также весной, осенью и зимой интенсивность солнечного излучения уменьшается.

Важно! При нагреве воды до 60 градусов и выше потери тепла начинают расти экспоненциально, и времени на разогрев понадобится намного больше.

2. Просчитываем возможности потребления

Предположим, в загородном коттедже проживает четыре человека, и членам семьи необходимо 50 л нагретой воды в сутки каждому. Мы определили, что в среднем собранный вручную солнечный коллектор площадью 1кв.м. способен нагреть на 30 градусов около 20 л воды за час при оптимальных условиях. Среднесуточная выработка, из расчета работы установки с утра до вечера, окажется равной примерно 85 литрам – при непрямом солнце КПД быстро падает. Чтобы получить необходимые 4х50 = 200 литров воды, площадь коллектора понадобится увеличить до 200 / 85 = 2,35 м2.

Так семья может обеспечить себя водой температурой около 50 градусов. Если гелиоколлектор ручной сборки предполагается использовать для отопления, площадь понадобится увеличивать многократно. Связано это с тем, что зимой уровень солнечной инсоляции падает не менее, чем в 5 раз, а сам день становится вдвое короче.

Солнечный коллектор для нагрева воды и отопления – как изготовить и собрать

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками, выпущены тысячи видео и множество специализированных статей. О наиболее простых и распространенных вариантах коротко расскажем и мы.

Важно! Замена абсорбера заводской сборки любыми другими самодельными поглощающими материалами приведет к снижению максимального КПД примерно на 20-25%. Причина состоит в значительных потерях тепла без использования слоя вакуума между магистралью теплоносителя и окружающей средой.

1. Тепловой солнечный коллектор своими руками из каучукового шланга

Самый простой в сборке и недорогой вариант водонагревателя – конструкция, в которой вместо труб используется обычный шланг из качественной резины. При его 100-метровой длине подобный гелиоколлектор собирается своими руками буквально за несколько часов, а объем горячей воды составляет 20 л. Если такого количества недостаточно, можно увеличить длину и/или оснастить систему циркулярным насосом

Шланг должен быть достаточно тонким и иметь внутреннее сечение 2-2,5 см. Изделие с толстыми стенками не годится, поэтому армированные варианты придется исключить. Материалом может выступать резина, полипропилен, ПВХ. Последние варианты, из-за лучших прочностных качеств полимеров, предпочтительней.

Укладка производится в любой самодельный короб методом скручивания шланга в спираль и фиксации колец относительно друг друга. Также рекомендуется прикрепить кольцевую заготовку к нижней стороне такого бокса, во избежание периодического смещения. Корпус желательно окрасить в черный цвет, что значительно повысит КПД конструкции.

2. Плоский солнечный коллектор своими руками из оконной рамы для нагрева воды

Очень удобной в качестве основы является и старая двойная оконная рама. Сборка своими руками такой модели солнечного коллектора производится следующим путем:

к нижней части крепится слой теплоизоляции;
на него укладывается стальной лист, окрашенный черной краской;
поверх него спиралью либо змейкой крепится медная или полимерная трубка сечением около половины дюйма (?1,25 см);
почти готовая конструкция зажимается сверху второй половиной рамы – для скрепления створок можно использовать болты, струбцины либо винты;
накопительный бак закрепляется на 40-50 см выше абсорбера – это позволит холодной воде течь самотеком, а горячей подниматься под воздействием давления;
если будет использоваться сборочная емкость, ее рекомендуется качественно утеплить, чтобы избежать ненужных потерь тепла.

Денежные расходы и трудоемкость сборки своими руками подобного солнечного коллектора следует признать незначительными, а КПД может достигать 75%.

3. Солнечный коллектор своими руками из деталей выброшенного холодильника

Мастера-самоучки приспособились изготавливать солнечные водяные коллекторы из подходящих деталей самой разнообразной техники. Чаще других встречаются модели из автомобильных радиаторов и конденсаторов выброшенных на свалку холодильников.

Последний вариант удобен тем, что в наличии уже имеется готовая система циркуляции воды. Необходимо лишь тщательно промыть трубки и решетку и запастись следующими материалами:

емкостью для воды;
резиновым ковриком в качестве подложки;
металлической фольгой для снижения теплопотерь;
скотчем для скрепления деталей;
деревянными брусками на будущую раму;
оконным стеклом для верхнего защитного слоя.

Далее пошагово осуществляется этап сборки своими руками солнечного коллектора из старого холодильника:

изготавливается деревянный короб по размеру решетки-конденсатора;
днище выстилается металлической фольгой;
щели заготовки тщательно заклеиваются скотчем;
емкость для воды закрепляется на 30-40 см выше места, где расположена верхняя выводная трубка теплообменника конденсатора и соединяется с ним шлангом;
при желании повысить скорость циркуляции воды в схему солнечного коллектора можно включить насос от аквариума;
поверх почти готовой конструкции укладывается и закрепляется стекло;
швы еще раз проверяются и тщательно герметизируются.

Самодельный коллектор подобного типа за час способен нагреть 10 л воды с 20° до 45° Цельсия.

4. Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками

Отдельно следует упомянуть воздушные солнечные коллекторы. Своими руками они собираются по аналогичному принципу, но вместо воды нагревают обычный воздух. Примером такой установки может служить нагревательная система с абсорбером в виде листа профнастила. Местом его установки может выступать обычный оконный проем помещения, в которое необходимо подавать сухой горячий воздух.

Пошаговый процесс сборки следующий:

в стене просверливаются вентиляционные отверстия – через них будет подаваться свежий воздух и выводиться горячий;
из деревянного бруса толщиной 10-15 мм изготавливается прямоугольный короб под размер проема – например, 180 на 120 см;
с тыльной стороны корпуса прикручивается саморезами лист влагостойкой фанеры толщиной 6-8 мм;
изнутри на днище вплотную вкладывается рамка из брусков квадратным сечением 4х4 см и наполняется теплоизолятором – минеральной ватой;
поверх нее набивается лист профнастила типа Н57 соответствующих размеров;
производится его окраска матовой краской глубокого черного цвета;
сверху закрепляется прозрачное классическое стекло или качественный акрил (можно использовать половину старой оконной рамы);
сверлятся в боковинах отверстия для доступа воздуха.

Наш воздушный солнечный коллектор, изготовленный своими руками, готов.

Эффективность такой установки примерно следующая:

5. Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома своими руками

Наиболее производительными среди самодельных вариантов являются вакуумные солнечные коллекторы. Процедура их сборки для отопления или снабжения теплой водой тоже осуществляется своими руками. Но в конструкции используются специальная панель со стеклянными двухслойными колбами, откуда промышленным способом выкачан воздух, и трубкой-магистралью из меди с теплоносителем.

За счет внедрения вакуумной технологии себестоимость таких водонагревателей выше, но это окупается значительным повышением КПД.

Последовательность сборки коллектора стандартная:

сколачивается короб с фанерным днищем и боковыми планками, сечение которых больше, чем диаметр приобретенных трубок;
нижним слоем выступает теплоизолятор-пенопласт толщиной ? 100 мм;
далее укладываются вакуумные трубки – скрепление их выполняется специальными фиксаторами (продаются в комплекте);
монтируется абсорбер – выкрашенный черным лист оцинкованной стали либо приобретенный в магазине профессиональный вариант;
контур остекляют и подвергается тщательной герметизации.

Для отопления дома подобный солнечный коллектор эффективнее, чем собранный своими руками полностью из легкодоступных и недорогих материалов. Однако летом простаивание полупрофессиональной модели нецелесообразно, поэтому оптимально устанавливать ее и с целью летнего снабжения теплой водой теплиц.

Важно! Даже лучший солнечный коллектор не заменит Вам полноценную отопительную систему. Поэтому его использование предполагается лишь как вспомогательное и повышающее общую энергоэффективность жилья.

Как улучшить КПД самодельных конвекторов

Ключевым элементом всех солнечных коллекторов – как заводского изготовления, так и собранных своими руками – являются абсорберы. Благодаря таким поглотителям излучения поток фотонов солнца преобразуется в тепло и далее передается теплоносителю. Основная задача абсорберов, как и всех прочих преобразователей энергии – оптимизировать уровень поглощения и потерь. Первый всегда стремятся увеличить, а второй уменьшить.

Использование в качестве абсорберов подручных материалов и покрытие их черной краской позволяет довести процент поглощения a (альфа) почти до профессионального уровня в 92-95%. Однако добиться аналогичного результата со снижением почти до нуля теплоотдачи e (эпсилон) в собранных своими руками солнечных коллекторах невозможно.

Промышленные абсорберы имеют такую возможность и используют для повышения КПД две технологии – селективное покрытие поглотителя и помещение трубки с теплоносителем в вакуумную колбу. Абсорбция многослойного – 10-16 слоев – абсорбера заводской сборки практически не допускает обратного отражения света. А наличие вакуума между медными трубками с водой и внешней стеклянной оболочкой сводит потери тепла во внешнюю среду почти до нуля.

Применяются в фирменных абсорберах и прочие важные технологии – серебрение поверхности, чрезвычайно прозрачное и сверхпрочное боросиликатное стекло, бариумный поглотитель для увеличения срока службы трубок и т.д.

Это позволяет эффективно использовать коллекторы вакуумного типа, как всепогодные, даже зимой, для отопления дач или теплиц, а также кратно увеличивать срок их службы.

Если Вашей целью является сборка максимально эффективного солнечного коллектора для отопления и/или горячего водоснабжения дома своими руками, приобретите для него профессиональный абсорбер в нашем магазине: смотреть описание и цены .

За счет меньших потерь тепла, всепогодности и длительного срока службы Ваши вложения многократно окупятся.

Насколько целесообразно использовать альтернативные источники тепловой энергии для организации отопления? В настоящее время получили широкое распространение два типа теплоснабжения – геотермальная и гелиосистема. Последняя наиболее популярна. Как сделать солнечное отопление дома своими руками: коллекторы, батареи и схемы монтажа?

Использование солнечной энергии для теплоснабжения

Одним из определяющих принципов построения любой отопительной системы является целесообразность. Т.е. все капиталовложения должны окупиться за определенный промежуток времени. В этом плане отопление дома солнечной энергией является наиболее эффективным и финансово выгодной инвестицией.

Солнечная энергия по сути является бесплатным источником для получения тепла. Его можно использовать несколькими способами – обустроить систему отопления или сделать автономную систему горячего водоснабжения. Если внимательно изучить отзывы об отоплении от солнечных батарей – можно выявить интересную зависимость. Чем профессиональнее сделано отопление (заводские коллекторы, дополнительное обогревание, электронное управление) – тем выше эффективность работы теплоснабжения.

Какими способами может происходить трансформация солнечной энергии в тепловую?

Солнечная батарея отопления – как один из способов получения электрической энергии. Излучение воздействует на матрицу из резисторных фотоэлементов, в результате чего в цепи возникает напряжение. В дальнейшем этот ток можно использовать для подключения к электроприборам отопления;
Современное отопление частного дома солнечными коллекторами. В этом случае происходит прямая передача тепловой энергии от солнечного излучения теплоносителю. Последний располагается в системе трубопроводов, расположенных в специальном герметичном корпусе.

Наиболее эффективным является отопление с помощью солнечной энергии последним способом. Таким образом можно избежать дополнительного преобразования энергии. Солнце будет напрямую воздействовать на теплоноситель, повышая его температуру. Однако отопление солнечной энергией своими руками с помощью электрических батарей более универсальное, так как электроэнергия может использоваться для работы других электроприборов в доме. Выбор определяется бюджетом и требуемой мощностью системы.

Во время установки солнечной батареи необходимо соблюдать определённый угол наклона. В зависимости от времени года он должен составлять 30° (лето) и 70° (зима).

Актуальность организации гелиосистемы

Перед приобретением или самостоятельным изготовлением преобразователя следует узнать – будет ли отопление частного дома солнечными батареями достаточно эффективным. Для этого необходимо провести детальный анализ всех факторов, влияющих на КПД будущей системы.

Для начала определяется показатель солнечной инсоляции. Это количество солнечной энергии, падающей на поверхность земли в конкретном регионе. От этого будет зависеть степень нагрева теплоносителя или объем генерируемого тока. Солнечные радиаторы для отопления дома в идеальном варианте должны работать независимо от сезона. Однако фактически это получается далеко не всегда.

Также пассивная система солнечного отопления может изменять свою эффективность работы из-за угла наклона панели. Он же зависит от сезона. Для определения теоретически возможной энергии можно воспользоваться данными из таблицы.

Уже на основе этих данных можно сделать расчет солнечного коллектора для отопления с учетом его технических и эксплуатационных характеристик. Но кроме этого следует учитывать такие факторы:

Местонахождение дома. Падению солнечных лучей не должны препятствовать природные или искусственные объекты – горы, высокие дома, высокий лес и т.д;
Место для установки. Комбинированное солнечное отопление потребует большого пространства – от 2 до 10 м?. Чаще всего для этого используют крышу дома. При этом она должна быть адаптирована для монтажа коллекторов или солнечных батарей;
Требуемая тепловая мощность. Зачастую солнечные системы отопления частного дома используются в качестве вспомогательных.

Только после этого анализа можно приступать к выбору определенной схемы альтернативного теплоснабжения дома. Предварительно рассчитываются тепловые потери в доме, определяется оптимальный тепловой режим работы отопления. Если солнечный коллектор в системе отопления будет вспомогательным – к его номинальной мощности прибавляется этот же показатель основной системы теплоснабжения.

При расчете нужно учитывать массу оборудования. Поверхность кровли должна выдержать эту нагрузку.

Солнечные батареи для отопления

Нередко происходит путаница — солнечные коллекторы также называют батареями. Но на практике для организации отопления дома солнечной энергией чаще всего используют именно первый вид оборудования.

Принцип работы отопления частного дома солнечными батареями заключается в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Для этого в конструкции панелей предусмотрены следующие компоненты:

Фотоэлементы. При попадании на них солнечного света происходит формирование так называемого фототока;
Защитный прозрачный корпус. Предотвращает повреждение фотоэлементов;
Преобразователи электрического тока – инверторы, трансформаторы , аккумуляторы и т.д.

Т.е. фактически солнечная батарея отопления является большим зарядным устройством. В первую очередь она предназначена для получения дешевой электрической энергии. Применение ее в качестве одного из элементов отопления нецелесообразно. Для теплоснабжения дома площадью 60 м? с нормальным показателем утепления потребуется 6 кВт тепловой энергии в час. У стандартной солнечной батарея отопления размером 284*254 мм удельная мощность равна 5 Вт/ч. Т.е. для обеспечения теплоснабжения потребуется площадь покрытия батарей 82 м?.

Как видно из расчетов это более чем нецелесообразно. Именно поэтому предпочитают делать солнечный коллектор для отопления своими руками или приобретать заводские установки.

Вместо отопления частного дома солнечными батареями их можно использовать в качестве источника дешевой электроэнергии для работы маломощных бытовых приборов.

Выбираем солнечный коллектор

Для эффективной работы отопления с помощью солнечной энергии рекомендуется установка коллекторов. Они представляют собой систему трубопроводов, по которым протекает теплоноситель. Для защиты и лучшего фокусирования солнечной энергии конструкция защищена прозрачной стеклянной панелью.

Для повышения эффективной работы оборудования в нем можно использовать различные типы теплоносителя, которые не изменят своих свойств под воздействием отрицательных температур. Это важно для регионов с холодной зимой. Кроме этого необходимо тщательно проанализировать предложения на рынке и выбрать оптимальную конструкцию.

В настоящее время производители предлагают несколько способов организации отопления частного дома солнечными коллекторами:

Вакуумные коллектора. Оптимальный вариант для организации пассивной системы солнечного отопления. Характеризуются практически полным отсутствием тепловых потерь;
Плоские коллектора. Экономный вариант солнечного отопления. Представляют собой систему труб, защищенных прозрачным материалом. Чаще всего используются для горячего водоснабжения в летний период. Применение для комбинированного солнечного отопления требует учета графика температур в зимний период и тщательный выбор теплоносителя.

Выбор во многом определяется предварительными расчетами – требуемой мощности и периодичностью работы теплоснабжения. В качестве эконом варианта можно рассматривать возможность самостоятельного изготовления плоских коллекторов для отопления солнечной энергией своими руками.

Во время выбора монтажной схемы необходимо учитывать площадь конструкции. Она будет обладать определенным показателем парусности.

Вакуумные коллекторы для отопления

Одной из проблем эксплуатации солнечных радиаторов для отопления дома являются большие тепловые потери. Они обусловлены особенностями эксплуатации – панель должна находиться вне отапливаемого помещения для поглощения солнечной энергии. Для решения этого вопроса был разработан вакуумный солнечный коллектор для системы отопления.

Конструкция вакуумных коллекторов состоит из внешнего корпуса и внутренней системы стеклянных труб. Для лучшей изоляции трубопроводы отделены от внешней среды вакуумной прослойкой с разряженным воздухом. Фактически вся установка представляет собой большой прозрачный термос.

Специфика вакуумного солнечного коллектора в системе отопления заключается в следующем:

Использование в качестве теплоносителя специальной жидкости с низким порогом закипания. При этом происходит более эффективная передача тепловой энергии через теплообменник основному теплоносителю отопления – воде;
Нанесение на внутреннюю поверхность специального покрытия, увеличивающего поглощательную способность тепловой солнечной энергии;
Независимость работы от внешней температуры воздуха.

Для нормального функционирования системы потребуется обеспечить надежную теплоизоляцию теплообменника. Также следует утеплить трубопровод в местах прохождения через неотапливаемые помещения – чердак, кровельный пирог. Для расчета солнечного коллектора для отопления можно применять стандартные схемы. Но нужно учитывать, что его работа будет неэффективной при снижении температуры теплоносителя в контуре до +22°С.

В зимний период необходимо очищать поверхность коллектора от снеговой шапки. Поэтому нужно заранее продумать способ для выполнения этого мероприятия.

Плоские солнечные коллекторы для отопления

Для создания солнечной системы отопления частного дома с минимальными затратами чаще всего устанавливают плоские коллектора. Они отличаются от вакуумных упрощенной конструкцией. Однако при этом увеличиваются требования к их эксплуатации.

Плоский коллектор также имеет внутреннюю систему трубопроводов. Однако она изготавливается из медных или полимерных труб. Для защиты используется поликарбонат или каленое стекло. Внутренняя поверхность изолируется утеплителем – минеральной ватой или пенопластом. Под воздействием солнечных лучей происходит нагрев трубок и как следствие – повышение температуры теплоносителя.

Для плоского солнечного коллектора в системе отопления существуют жесткие эксплуатационные ограничения:

В качестве теплоносителя можно использовать только антифриз. В противном случае произойдет замерзание воды и разрушение трубопровода;
Для лучшей циркуляции при передаче тепла необходим монтаж насоса;
При температуре ниже -10°С эффективность работы системы сильно падает.

Из-за последнего фактора не рекомендуется организация теплоснабжение дома солнечной энергией с помощью плоских коллекторов в регионах с низкими температурами в зимний период. Поэтому чаще всего делают плоский солнечный коллектор для отопления своими руками для горячего водоснабжения летом, весной или осенью.

Специалисты рекомендуют делать теплоснабжение с помощью солнечной энергии на основе плоских коллекторов только в южных регионах страны с относительно теплой зимой.

Солнечный коллектор своими руками

Необходимо сразу отметить, что для обеспечения отопления солнечной энергией коллектор своими руками не подойдет. Для этого следует воспользоваться схемой производства вакуумной конструкции, рассмотренной выше. Но в домашних условиях сделать ее практически невозможно из-за отсутствия необходимого оборудования и расходных материалов. Поэтому рассмотрим один из самых простых способов изготовления солнечная батарея отопления для горячего водоснабжения.

Для производства потребуются следующие расходные материалы:

Лист сотового поликарбоната. Для горячего водоснабжения дачи или небольшого дома с помощью солнечного коллектора для отопления своими руками достаточно будет листа размером 2*1 м;
Труба ПВХ, фитинги и гибкие шланги. С их помощью будет сделана система циркуляции нагретой воды и подача ее потребителю;
Профиль каркасный для гипсокартона и листы пенопласта. Они необходимы для создания защитного корпуса в пассивной системе солнечного теплоснабжения.

Соты должны располагаться горизонтально для лучшего нагрева воды. Затем в трубах ПВХ делают продольные разрезы. Через них будет поступать нагретая воды из листа поликарбоната. В полученные разрезы устанавливается лист. Он не должен заходить в трубу до упора.

С помощью термопистолета выполняется изоляция швов. Без этого инструмента велика вероятность возникновения протечек в отопление и ГВС дома солнечным коллектором. Перед установкой в каркас обязательно следует провести испытания герметичности конструкции. Для этого ее следует заполнить водой и визуально проконтролировать отсутствие протечек.

Для изготовления каркаса потребуются оцинкованные профили для гипсокартона. Они будут выполнять защитные функции, аналогичные корпусу солнечного радиатора для отопления дачи. Под лист поликарбоната устанавливается слой утеплителя, затем ложится солнечный коллектор, изготовленный самостоятельно. Для более эффективного нагрева рекомендуется покрасить лист в черный цвет.

При расчете солнечного коллектора для теплоснабжения учитывается положение солнца в определенный момент дня. Наибольшая эффективность достигается, когда угол падения лучей строго перпендикулярен поверхности конструкции.

Оптимальным вариантом является использование солнечных систем теплоснабжения частного дома в качестве вспомогательных. Для лучшей эффективности рекомендуется установить тепловой аккумулятор. Вода в нем будет от коллектора нагреваться днем, а в темное время суток накопленная тепловая энергия передастся основному теплоносителю в системе.

В видеоматериале показан пример изготовления солнечного коллектора из полимерных труб:

Отопление

Еще недавно идея солнечного обогрева дома, даже небольшого, казалась фантастичной. Но изобретение вакуумных коллекторов, позволяющих аккумулировать солнечную энергию в любое время дня, а также систем концентрации энергии солнца с использованием фотоэлементов переводят подобные идеи в разряд вполне практически реализуемых. Поэтому солнечное отопление своими руками осуществить вполне возможно. Особенно если учесть, что промышленные системы отопления на солнечных коллекторах далеко не всем по карману.

Гелиоотопление частного дома

Что же такое солнечный коллектор?

Принцип действия любого нагревательного коллектора одинаков – под воздействием повышенных температур (источник повышения температуры даже не имеет значения) выполняется разогрев циркулирующей в коллекторе воды. Плотность ее при этом уменьшается, а объем – увеличивается. Это приводит к выталкиванию воды из коллектора и перемещению ее к теплообменнику. Тот перераспределяет теплоноситель в отопительный контур здания.

Благодаря эффективно использованному принципу теплового расширения, отпадает необходимость в насосном оборудовании, что делает отопление от Солнца еще более выгодным.

Длительное время идея отопления солнцем была не более чем забавным изобретением, поскольку результативность обычных плоских коллекторов была чрезвычайно низкой. Ситуация изменилась, когда человечество всерьез принялось осваивать источники возобновляемой энергии, в том числе и солнечной. В результате появилось два революционных изобретения в области солнечных коллекторов.

Вакуумные коллекторы

Такие преобразователи лучистой энергии функционируют независимо от внешних погодных условий и обеспечивают чрезвычайно высокий коэффициент поглощения солнечной энергии. Единственным требованием к монтажу вакуумных коллекторов является то, что они должны располагаться под углом к поверхности плоской крыши дома, который бы обеспечивал самопроизвольный ток теплоносителя. Практически принимают угол наклона в пределах 5-30°С. Нагретая жидкость поступает в теплообменник и далее – к отопительным радиаторам в доме.

Вакуумный коллектор представляет собой несколько рядов параллельно размещенных коаксиальных стеклянных трубок, в которых создается вакуум. Каждая трубка изнутри покрыта специальным составом, который отбирает тепловую энергию. Такой отбор происходит постоянно, поскольку чувствительный слой реагирует на любой вид инфракрасного излучения, даже рассеянного и в пасмурную погоду.

Фактически блок вакуумного коллектора представляет собой набор термосов, вакуумная прослойка между стенками которых образует абсолютную термоизоляцию системы. Разработаны конструкции внесезонных вакуумных коллекторов, где в вакуумные трубы дополнительно встраиваются медные трубки, содержащие незначительное количество жидкости с низкой температурой кипения.

Под воздействием солнечного излучения пары испаряющейся при кипении жидкости отбирают тепло, и. поднимаясь вверх, постепенно остывают. В процессе своей конденсации они передают тепло в основной контур отопления, затем стекают вниз, и цикл теплообмена повторяется. Естественно, что такой принцип отопления солнцем будет эффективен лишь при наличии точной автоматической системы управления работой коллекторов.

Фотоконцентраторы Бросселя

Сферообразная система концентрации солнечной энергии с использованием фотоэлементов изобретена немецким инженером Андре Бросселем, сотрудником компании Rawlemon Solar Devices. Разработанный им принцип повышения эффективности использования солнечной энергии существенно повышает КПД по сравнению с традиционными схемами коллекторных панелей.

Дело в том, что описанный в предыдущем разделе способ аккумуляции инфракрасных лучей не обеспечивает их направленную передачу, а потому требует большой площади панелей, что не всегда возможно. Андре Бросселем предложено устанавливать перед световоспринимающими поверхностями коллекторов сферическую линзу, что приводит к повышению мощности солнечных батарей на 30-40%.

Фотоконцентратор Бросселя работает так. Над фотоэлектрическими панелями располагается больших размеров стеклянная сфера, которая заполняется обычной водой и действует подобно увеличительному стеклу. Тем самым повышается интенсивность светового потока от солнечных лучей (до 10 000 раз, по экспериментальным оценкам).

Еще большей эффективности можно добиться, если снабдить фотоконцентратор Бросселя узлом вращения, который перемещал бы сферу в соответствии с положением солнца на небосклоне. Впрочем, чувствительность линзы позволяет успешно использовать ее и при попадании на стеклянную поверхность даже лунного света, вспышек прожекторов, салютов и т.д.

Описанная система не лишена недостатков:

Для эффективной ее работы требуется сферический шар довольно больших размеров, который требует также защиты от неблагоприятных внешних воздействий.
Неясно, каким образом обеспечивается целостность сферы Бросселя при отрицательных температурах, когда вода замерзает и т.д.

Тем не менее, фотоконцентраторы Бросселя уже активно применяются в качестве блоков из нескольких сфер сравнительно небольших диаметров.

Как изготовить солнечный коллектор своими руками

Солнечное отопление своими руками целесообразно изготавливать по более простой технологии. Конструктивно доступный солнечный коллектор должен включать в себя следующие элементы:

Панель для отбора солнечной энергии.
Бак-теплообменник для хранения теплоносителя.
Устройство для создания постоянного давления в отопительном контуре.

Панель лучше всего разместить в деревянном корпусе, что снижает непроизводительные теплопотери. Лицевую поверхность панели рекомендуется выполнить из защитного силикатного стекла, поликарбоната с термозащитным покрытием либо оргстекла. Менее удачным выбором будет плексиглас.

В качестве труб обычно используют тонкостенные трубы небольшого ( до 1?) диаметра с целью добиться максимально возможной для данных размеров панели наружной поверхности. Трубы сваривают между собой, а затем окрашивают в темный цвет.

Эффективность работы самодельной солнечной панели можно повысить, установив в нижней части короба светоотражатель, например, из обычного оцинкованного железа. Особые требования предъявляются к термоизоляции трубок: их необходимо обматывать несколькими слоями поролона и ткани.

В самодельной конструкции коллектора системы отопления солнцем необходимо исключить или свести к минимуму самопроизвольную циркуляцию теплоносителя. Ведь при этом его температура может понизиться еще до теплообменника. Поэтому гидравлическую систему снабжают вентилем, который следует закрывать/открывать при соответствующем понижении/повышении внешней температуры.

В качестве бака для хранения теплоносителя следует применить герметичный резервуар, имеющий объем до 400 л. Для исключения теплопотерь и его следует основательно теплоизолировать. Как устройство для обеспечения постоянного избыточного давления применяется герметичный сосуд емкостью не более 40 л.

Сооружение солнечной панели целесообразно выполнять на южном склоне крыши здания. После соединения всех элементов системы отопления от солнца необходимо провести ее испытания на герметичность, после чего подключить к отопительному контуру дома.

Возможность на практике реализовать гелиоотопление, используя солнце как источник тепловой энергии, в условиях городских многоэтажных зданий вряд ли найдет заметное применение в обозримом будущем. Ведь, кроме чисто технологических трудностей, энтузиастов такого способа отопления поджидают еще и чисто организационные проблемы:

поддержание блоков солнечных коллекторов в работоспособном состоянии;
необходимость в антивандальных мероприятиях и другие.

Что же касается индивидуальных зданий, расположенных в сельской местности, то солнечный вид отопления целесообразно применять как эффективное дополнение к уже имеющимся системам обогрева помещений.

Полупроводниковые панели, преобразующие энергию солнца в электричество, обычно устанавливаются с одной целью – обеспечить работу домашних бытовых приборов. Настоящие энтузиасты на достигнутом не останавливаются и пытаются приспособить солнечные батареи для отопления дома. Предлагаем обсудить эту идею, рассмотреть возможные способы обогрева с помощью фотоэлектрических панелей. Рентабельность электростанций альтернативной энергетики и прочие финансовые вопросы разбирать нет смысла, это отдельная тема.

Как работает солнечная электростанция

Мы не собираемся отнимать ваше время и рассказывать, как полупроводниковые модули генерируют ток. Но если вы хотите организовать солнечное отопление частного дома, нужно представлять принцип работы фотоэлектрической станции и знать все нюансы, влияющие на ее мощность.

Солнечная энергетическая установка (СЭС) состоит из следующих элементов (показаны ниже на схеме):

одна либо несколько панелей, воспринимающих излучение солнца;
аккумуляторные батареи (АКБ), накапливающие произведенную электроэнергию;
контроллер следит за уровнем заряда, направляет ток в нужную цепь;
инвертор преобразует постоянное напряжение солнечных батарей в переменный ток 220 В.

Интересный момент. Цена модулей составляет не более 30% от стоимости полного комплекта оборудования. Остальные 70% – это аккумуляторы, инверторный блок и контроллер. Комплектующие подбираются под одно рабочее напряжение 12, 24 или 48 вольт.

Схема солнечной установки с инвертором и контроллером

Упрощенно поясним алгоритм работы системы:

В течение светового дня батареи вырабатывают ток, проходящий через контроллер.
Электронный блок оценивает уровень заряда АКБ, затем направляет энергию в нужную линию – на зарядку либо потребителям (к инвертору).
Инверторный блок преобразует постоянный ток в переменный со стандартными параметрами – 220 В / 50 Гц.

Существует 2 типа контроллеров – ШИМ и MPPT. Разница между ними состоит в способе зарядки элементов электропитания и величине потерь напряжения. Блоки MPPT более современные и экономичные. Аккумуляторы применяются разные: свинцово-кислотные, гелевые и так далее.

В состав СЭС входят специальные АКБ, не боящиеся глубокого разряда

Если планируется использование нескольких модулей, то они соединяются между собой 3 способами:

Как выглядят солнечные панели для дома и сопутствующее оборудование, расскажет мастер-электромонтажник на видео:

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома

Казалось бы, все просто. На обогрев небольшого загородного коттеджа площадью 100 м? пойдет приблизительно 10 кВт = 10 000 Вт тепловой энергии. Это 100 панелей по 0.1 кВт или 34 больших модуля по 300 Вт. Столько батарей на крышу дома не поставишь, а о квартире и речи нет.

Справка. Размер 1 фотоэлектрического элемента мощностью 100 Вт, изготовленного по поликристаллической технологии, составляет около 1020 х 700 мм или 0.71 м?. Аналогичная батарея на 300 Вт займет 1.68 м? (170 х 99 см).

Сразу оговоримся, полученный результат – неправильный, поскольку не учитывает особенности эксплуатации солнечных энергетических систем:

Вывод. Универсального расчета электрической мощности батарей, подходящего ко всем странам и регионам, не существует. Но озвученную выше цифру 10 кВт нужно удвоить (как минимум), чтобы получить пристойный результат на практике. Понадобится от 200 стоваттных панелей, занимающих площадь свыше 140 м?.

Есть надежный способ получить точные данные по инсоляции и рассчитать производительность солнечных батарей – обратиться в местную организацию, занимающуюся их монтажом. Либо самому изучать карту инсоляции района.

На карте видно, что центральные регионы РФ получают довольно мало радиации солнца – в среднем 3–3.5 кВт на метр квадратный за день

Предлагаем пойти другим путем – использовать опыт владельцев солнечных автономных электростанций, почитать их отзывы на тематических форумах. Отыщите там пользователей, проживающих в вашей местности, если хотите получить реальные цифры бесплатно. Приведем примеры:

Автономная система солнечного электроснабжения, расположенная в Ленинградской области, РФ. Установлено 6 панелей по 0.22 кВт (всего 1.32 кВт), пиковая мощность в зимний безоблачный день – 1157 Вт. Тема обсуждается на известном русскоязычном форуме.
г. Анапа, производительность батарей – 2.2 кВт, количество не указывается. За световой день электростанция генерирует порядка 9 кВт.
г. Москва, мощность СЭС 2.64 кВт. За весь июнь установка выработала 304 кВт энергии.

Примечание. Отзывы и другие полезные данные по эксплуатации СЭС вы найдете по этому адресу.

Обратите внимание: нами учитывалась только солнечная энергия для отопления, подогрев воды и прочие хозяйственные нужды в расчет не принимались. Как рассчитать число батарей на практике, смотрите в видеосюжете:

Реальные способы обогрева

Как вы поняли их вышесказанного, реализовать полноценное электрическое отопление дома солнечными батареями довольно сложно (и дорого). Далеко не каждый хозяин решится купить и установить панели на площади 100–150 м?, дабы прогреть небольшой дом или дачу. Значит, схема электрокотел + водяная система + отопительные радиаторы отпадает.

Но идею обогрева солнечными модулями все же нельзя назвать утопией. Перечислим варианты, реализованные домовладельцами на практике:

панели плюс инверторные кондиционеры с коэффициентом эффективности COP 3.5–4;
подключение батарей напрямую к электрическим обогревателям без инвертора;
строительство полноценной СЭС, продажа электроэнергии государству, вырученные средства идут на оплату традиционного отопления.

Дополнение. Применение панелей в качестве дополнительных источников энергии для основного отопления обсуждать нет смысла – это очевидное решение.

Начнем с третьего варианта, который интересен предпринимателям. В странах, где государством установлен так называемый зеленый тариф, домовладелец может получать электричество из возобновляемых источников и отдавать в общую энергетическую сеть, получая прибыль. То есть, домовладелец приобретает те же 200–300 солнечных панелей, но продает энергию по хорошей цене, а не расходует почем зря.

Большое количество батарей на крыше жилого дома не поместится, станцию большой мощности придется размещать на участке

Например, в Украине зеленый тариф превышает обычный в 3 раза (по состоянию на июнь 2019 г.). Необходимо выдержать 1 условие: минимальная производительность СЭС – 30 кВт. Строите электростанцию, поставляете энергию в сеть, а сами покупаете втрое дешевле.

Оставшиеся 2 варианта рассмотрим поподробнее.

Отопление кондиционерами

Способ основан на эффективности инверторных сплит-систем, доставляющих внутрь дома вчетверо больше тепла, чем затрачено электроэнергии. Как реализовать такое отопление:

Видео в конце данного раздела подтверждает, что описанная схема вполне работоспособна. Один существенный минус: при отрицательной температуре эффективность кондиционеров резко снижается, без помощи котла не обойтись. В условиях умеренного и северного климата солнечные модули в одиночку не справятся.

Примечание. Большинство инверторных сплит-систем способны функционировать при морозе до —15 °C. Коэффициент эффективности COP снижается до 1.5–2 (тепла выделяется вдвое больше, чем потребляется электричества).

Использование местных обогревателей

Речь идет о значительном удешевлении системы в случае использования неприхотливых потребителей – обычных тепловентиляторов. Ввиду отсутствия инвертора к солнечным модулям придется подключать 12-вольтовые обогреватели (можно взять автомобильный либо сделать своими руками).

Как собрать солнечный генератор электроэнергии:

Устанавливаем нужное количество батарей с рабочим напряжением 12 вольт.
Соединяем их проводами 2.5 мм? согласно приведенной ниже схеме – без инвертора.
Подключаем нагрузку – маломощный тепловентилятор на 12 В.

Ниже на видео специалист подробно описывает все нюансы такого подключения. Способ годится для обогрева отдельных комнат тепловентиляторами 1–1.5 кВт. Отопить весь дом сложнее – нужно собирать несколько отдельных контуров с солнечными панелями, чтобы не увеличивать сечение проводов.

Заключительный вывод

Сделать полноценное отопление частного дома на солнечных батареях очень непросто. Единственный более-менее реалистичный сценарий – это применение сплит-систем, а лучше – геотермального теплового насоса, мало зависящего от уличной температуры. Установка потребляет мало электричества, поэтому сможет работать от домашней СЭС.

Мы специально исключили из статьи финансовые вопросы, поскольку речь шла о технических моментах. Но надо понимать, что оборудование солнечной энергетики – аккумуляторы, батареи, инверторы и блоки управления – стоят больших денег. Чтобы успешно решить задачу, нужно быть хорошо зарабатывающим энтузиастом.

Схема с вакуумными коллекторами, подключенными к косвенному водонагревателю, обойдется дешевле. Но в данном варианте есть свои трудности, например, аккумулирование тепла и стагнация коллектора при жаре. В нелегком деле освоения солнечной энергии нет простых решений.

Читайте также: