Отопление дома солнечными коллекторами

Солнечный коллектор для отопления дома

Солнечный коллектор – это техническое устройство, служащее для преобразования солнечной энергии в тепловую. По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделяются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

Принцип действия

Для отопления жилого дома или иного объекта могут быть использованы все виды солнечных коллекторов, однако принцип их работы, вне зависимости от конструкции и вида теплоносителя, является единым.

Принцип работы солнечного коллектора основан на способности материалов поглощать энергию солнца в видимом и невидимом, человеческому глазу, диапазонах, в связи с чем, внутри данного материала, начинаются физические процессы, молекулы начинают быстрее двигаться, материал (вещество) – нагревается. Тепло выделяемое материалами, на которые воздействуют солнечные лучи, передается теплоносителя для последующего использования.

Схематично, принцип работы различных видов устройств, можно отразить следующим образом:

1. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование жидкого теплоносителя:
2. Плоский солнечный коллектор, работающий с использование воздуха:
3. Вакуумный солнечный коллектор, с жидким теплоносителем:

В соответствии с конструкцией, видом теплоносителя и способу его использования и передачи тепла, солнечные коллекторы бывают:

По типу конструкции:

• Плоские – представляют из себя конструкцию в виде прямоугольника (коробки), выполняемую из прочного материала и служащую корпусом устройства. Во внутренне пространство корпуса укладывается изоляция, по поверхности которой монтируется абсорбирующая (поглощающая тепло) пластина. В специальные углубления абсорбера, укладываются трубки (как правили изготовленные из меди), в которые, в дальнейшем, подается теплоноситель. С наружной стороны корпус закрывается поглощающей оболочкой и защитным стеклом.
• Вакуумные – в устройстве данного типа, определенное количество вакуумных трубок, объединены в общем корпусе коллектора. В корпусе устроен теплообменник, в котором теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре вакуумных трубок, передает полученную энергию, теплоносителю наружного контура.

По типу теплоносителя:

По способу использования теплоносителя:

• Пассивные – солнечный коллектор используется в паре с баком накопителем, и служит для горячего водоснабжения, без устройства дополнительных инженерных элементов сети (циркуляционный насос, элементы защиты и т. д.).
• Активные – система, кроме монтажа коллектора, комплектуется техническими устройствами (насос, защитные клапана, бак накопитель, дополнительные элементы нагрева теплоносителя), и может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления помещений.

По способу передачи тепла:

• Косвенного действия, когда в системе отопления (горячего водоснабжения), присутствует бак-аккумулятор (накопитель), в котором происходит передача тепловой энергии, полученной, наружным контуром, от солнечных лучей, и передаваемой внутреннему контуру, циркулирующему в системах ГВС и отопления.
• Прямого действия, прямоточные – данный способ используется в системах ГВС, при этом циркуляция воды, в контуре коллектора, осуществляется под воздействием разности температур и путем установки дополнительных элементов (кранов, клапанов и т. д.).

Как работает зимой?

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Основной элемент вакуумного солнечного коллектора – это вакуумная трубка, которая состоит из:

• Изоляционной трубки, выполненной из стекла или иного материала, пропускающего солнечные лучи с минимальными потерями их мощности;
• Медной, тепловой трубки, помещенной во внутреннее пространство изоляционной трубки;
• Алюминиевой фольги и поглощающего слоя, расположенных между трубками;
• Крышкой изоляционной трубки, являющейся уплотнительной прокладкой, обеспечивающей вакуум во внутреннем пространстве устройства.

Работа системы осуществляется следующим образом:

1. Под воздействием солнечной энергии, теплоноситель контура трубки, испаряется и поднимается вверх, где в теплообменнике коллектора конденсируется, передает свое тепло теплоносителю наружного контура, после чего стекает вниз, и процесс повторяется.
2. Теплоноситель наружного контура, из теплообменника солнечного коллектора, подается на бак-аккумулятор, где происходит передача полученной тепловой энергии теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения.
3. Циркуляция теплоносителя наружного контура осуществляется путем установки циркуляционного насоса и систем автоматики, обеспечивающей работу системы в автоматическом режиме.
4. В комплекс системы автоматики входит контроллер, датчики и элементы управления, обеспечивающие установленные параметры работы системы (температура, расход жидкости в системе ГВС и т. д.)

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество). Также, с подобную задачу можно выполнить путем установки электрических ТЭНов, непосредственно в бак-аккумулятор. Работу дублирующих источников энергии контролирует система автоматики, включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Выгодно ли это

Определить, выгодно ли использовать солнечные коллекторы, каждый определяет для себя индивидуально, в зависимости от региона проживания, потребности в тепловой энергии и в зависимости от финансовых возможностей.
Регион проживания – это важный критерий, при определении эффективности использования устройств, служащих для преобразования энергии солнца в другие виды энергии. Солнечная активность (продолжительность солнечного сияния), в разных регионах нашей страны разная, что видно на приведенной ниже схеме.
Из данной схемы видно, что наиболее благоприятные регионы, для использования солнечной энергии, с продолжительностью солнечной активности более 2000,0 часов в год, расположены в южных районах страны. В этих районах также не бывает холодных и продолжительных зим, что определяет возможность успешного использования солнечных коллекторов в системах отопления и горячего водоснабжения, именно в этих областях России.

При необходимости создать абсолютно автономную систему, от внешних, традиционных поставщиков тепловой энергии, следует помнить, что, установив только коллектор, создать подобную систему не получится, т. к. для создания циркуляции теплоносителя, работы системы автоматики, необходима электрическая энергия. Поэтому, для полной автономии, необходимо проработать вопрос по независимому электроснабжению подключаемого объекта. Следовательно, для того, чтобы сделать абсолютно независимую систему, потребуются дополнительные финансовые затраты, что увеличит срок окупаемости оборудования.

Как сделать своими руками

Наиболее простой, но тем не менее эффективный вариант, это плоский солнечный коллектор, в котором в качестве теплоносителя используется вода.
Из имеющихся под рукой материалов, изготавливается корпус устройства. Это может быть дерево, профильный черный или цветной металл. Размеры каркаса определяются местом установки солнечного коллектора, его назначением и наличием требуемых материалов.

Во внутреннее пространство корпуса укладывается утеплитель, поверх которого укладывается медная трубка. Для создания большей поглощающей площади, трубку укладывают в форме змеевика. Чтобы увеличить КПД устройства, под трубку можно положить слой фольги (на схеме не показано), это позволит снизить тепловые потери в нижнюю сторону устройства и увеличит температуру во внутреннем пространстве корпуса.

С наружной стороны корпус закрывается защитным стеклом, щели герметизируются. В местах ввода и выхода труб, монтируются патрубки холодной и горячей воды.
Изготовленной таким образом устройство, можно использовать для горячего водоснабжения летнего душа и подогрева воды в бассейне, для этого патрубки коллектора подключаются к выбранным системам, после чего устройство готово к работе.

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Плоские солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
3. Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
4. Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.

Недостатками являются:

1. Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
2. Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
3. Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
4. Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
5. Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.

Вакуумные солнечные коллекторы.

Достоинства использования:

1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

1. Относительно высокая стоимость;
2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Альтернативные источники энергии спасут мир! Выбираем солнечный коллектор для отопления дома

Солнечный коллектор – техническое сооружение, преобразующее энергию солнечных лучей в тепловую.

Гелиосистемы, основу которых составляют эти устройства, всё чаще можно встретить сегодня в загородных домах.

Источником тепла при установке такой системы в жилье работает природа, а это означает, что затраты на теплоэнергию для комфортной жизни, в некоторых условиях, практически равны нулю.

Особенности солнечного коллектора как прибора для отопления дома

Солнечный коллектор — это устройство, работающее за счёт поглощения солнечного излучения и передачи его энергии с помощью жидкости-теплоносителя.

Конструкция гелиосистемы состоит из следующих элементов:

• Солнечный абсорбер(панель).
• Резервуар-накопитель.
• Узлы подачи и слива воды.
• Регуляторы и датчики.

Принцип работы заключается в улавливании солнечных лучей панелью и преобразование их в теплоэнергию. Накопленная энергия воздействует на жидкость-теплоноситель (воду или антифриз). Теплоноситель поступает к резервуару с водой и отдаёт энергию. Запуск системы осуществляется специальным регулятором.

Проходя по контуру теплообмена — системе труб, нагретая жидкость отдаёт тепло в воздух. И за счёт этого отапливает помещение. В резервуаре-накопителе из-за подаваемого тепла происходит запас горячей воды впрок. За счёт системы теплоизоляции нагретая солнцем вода хранится до того момента, когда её необходимо будет использовать.

Для поддержания нужной температуры воды в резервуаре система снабжается специальными датчиками и насосами для принудительной циркуляции. В более простых вариантах циркуляция происходит за счёт естественного самотёка.

Современные гелиосистемы в настоящее время используются как основные и вспомогательные элементы отопительного оборудования. В качестве главного источника тепла гелиосистема может использоваться исключительно в южных регионах, где солнца достаточно круглый год.

Установка в доме солнечного коллектора позволяет извлечь следующую выгоду:

• Приобретение энергонезависимости.
• Снижение затрат на закупку газа и электричества для отопления и горячего водоснабжения.
• Доступность.
• Долговечность. Срок службы одного коллектора не менее 20-25 лет.
• Отсутствие грязи и отходов.
• Снижение нагрузки на электросеть дома.

У гелиосистем есть и некоторые недостатки:

• Высокая стоимость оборудования. Срок окупаемости системы равен примерно 7-10 годам.
• Зависимость от климатических условий. В некоторых регионах солнечная энергия поступает не регулярно, поэтому система не сможет работать в нужном режиме. В северных регионах КПД солнечного коллектора слишком низкий, и затраты на установку не окупаются.

Виды устройств для обогрева: принципы работы и правила установки

В зависимости от типа абсорбера — солнечной панели, коллекторы делятся на три вида.

Плоский светопоглощающий

Панель этой модели представляет собой плоский алюминиевый ящик с чёрной поверхностью и тепловой изоляцией на нижней части. Поверхность покрыта закалённым стеклом и пропиленгликолем. Он поглощает лучи солнца.

Преимуществом этого вида коллекторов является его низкая стоимость. Недостатком — большая потеря тепла и низкий КПД. Плоский прибор может выйти из строя при понижении температуры воздуха до минус 25 градусов. Эффективность его работы зависит от угла падения солнечных лучей.

Фото 1. Составные части (указаны стрелками) конструкции плоского светопоглощающего солнечного коллектора.

Правила установки

Панель плоского коллектора можно устанавливать на крыше под любым углом, а затем менять его, в зависимости от погоды, для повышения площади поглощения солнечных лучей. Для обеспечения оптимального КПД летом панель устанавливают под углом 55 градусов, зимой — 35 градусов.

Важно! При монтаже нужно учесть, что на панель не должна падать тень от посторонних предметов выше 20 градусов от нижней кромки. При установке нескольких пластин требования по тени также нужно учесть.

Панель закрепляют на кронштейнах или на дополнительно установленных профилях. Один из вариантов установки — вровень со скатом кровли. В этом случае панели крепятся на обрешётку крыши. Стыки между ними и кровельным материалом заделывают герметиком. Этот вариант установки возможен только на скатных крышах с углом не менее 30 градусов.

Монтаж трубок коллектора предусматривает отверстия в крыше. Места нарушения кровли необходимо заделать герметиком. Трубопроводы можно установить на вертикальной стене, тогда сверлить отверстия в крыше не придётся.

Буферная ёмкость и бак косвенного нагрева устанавливают чаще всего рядом с обычным водонагревателем. Все части системы коллектора соединяются между собой магистральным трубопроводом с резьбовым соединением.

Вакуумный

Устройство с КПД до 85%. Способен работать в любых климатических условиях при наличии солнечных лучей. Состоит из набора трубок, представляющих собой двойные колбы, которые абсорбируют тепло. Во внутренней колбе находится поглотитель из металла и трубка с жидкостью.

Фото 2. Вакуумный солнечный коллектор, установленный на крыше дома. Устройство состоит из множества трубок.

Между двумя колбами расположено свободное пространство, в котором образуется вакуум. За счёт вакуума производится теплоизоляция внутренней колбы. Существует 2 вида вакуумных коллекторов:

1. Прямоточный — где теплоноситель течёт непосредственно в трубки абсорбера.
2. С тепловой трубкой — образует испарения, которые передают тепло через теплоноситель.

Основной недостаток такого коллектора — высокая стоимость и необходимость монтажа электронасоса для принудительной циркуляции.

Правила монтажа

Соблюдение рекомендаций по установке вакуумного коллектора — залог его правильной и эффективной работы. Нельзя использовать для этого вида гелиосистемы оцинкованные или полимерные трубопроводы. Связано это с тем, что в жаркую погоду вода внутри коллектора может нагреться до 300 градусов. для установки вакуумного коллектора используются исключительно медные или стальные трубки. При монтаже следует придерживаться следующих рекомендаций:

• Угол наклона панели коллектора при установке на крыше должен соответствовать географической широте местности.
• На открытых пространствах коллектор устанавливают рядом с объектом, потребляющим его тепло.
• Угол падения солнца для правильной работы должен составлять 90 градусов.
• Следует полностью исключить возможность затенения.

Добиться правильного наклона панели вакуумного коллектора в течение всего года трудно. Поэтому рекомендуется установка мобильных конструкций, когда угол можно менять по необходимости.

В северных регионах вакуумные коллекторы устанавливают практически вертикально, чтобы использовать зимой свет, отражённый от снега.

В этом случае оптимальный вариант — крепление коллектора на стене дома. Низкое крепление позволяет сократить расстояние между панелью и баком-накопителем, что способствует снижению теплопотерь.

Справка. Дополнительный электрический и газовый подогрев устанавливается после полного монтажа вакуумного коллектора. При этом следует исключить параллельное подключение. Добавочные источники тепла должны работать в автономном режиме, на случай недостатка подогрева при помощи солнечных лучей.

Воздушный

Работает за счёт циркуляции нагретого воздуха, который перемешается по системе с помощью вентилятора или естественным путём. При естественном теплообмене горячий воздух отдав тепло опускается вниз, а нагретый поднимется вверх. Это самая простая конструкция, но её мощности не хватает для обогрева дома в холодное время года. Такие конструкции можно использовать для согревания небольших дачных построек в межсезонье.

Воздушный коллектор состоит из следующих деталей:

• Герметичный корпус для размещения в нём действующих компонентов.
• Поглотитель солнечной энергии — серебряная панель внутри корпуса.
• Внешняя изоляция — закалённое стекло для защиты поглотителя.
• Теплоизолирующий материал.

Преимущество воздушного солнечного коллектора состоит в простоте конструкции и отсутствии риска замерзания жидкости и образования течей. Воздушный коллектор. Кроме обогрева дома, может выполнять функцию снижения влажности в помещении. Недостаток — крайне низкий КПД.

Фото 3. Воздушные солнечные коллекторы, расположенные на стене дома. Такой способ размещения наиболее эффективен.

Правила монтажа

Устанавливают воздушный коллектор только на южной стороне дома. Отклонения в сторону востока или запада не должны превышать 40 градусов. Угол наклона — 35-45 градусов. Вертикальный монтаж воздушного коллектора на стене дома наиболее выгоден, так как увеличивает его КПД.

Со стороны расположения панели в стене делают два отверстия, одно над другим, для забора воздуха и его выхода наружу. В нижнем отверстии закрепляют вентилятор, он будет вытягивать воздух из помещения. Через верхнее отверстие в дом будет поступать нагретый воздух.

Внимание! Длина труб-воздуховодов не должна превышать 5 метров. Если предполагается транспортировка тёплого воздуха на большие расстояния, необходимо установка дополнительного вентилятора. Естественная циркуляция воздуха в этом случае будет невозможна.

Коллектор крепят на стену при помощи дюбелей и подсоединяется к трубам воздуховодов. На выходе из воздухоотвода устанавливают обратный клапан, который будет препятствовать проходу воздуха при неработающем вентиляторе ночью или в пасмурную погоду.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается об особенностях отопления и нагрева воды при помощи солнечных коллекторов в зимнее время.

Оцени выгоду перед установкой

Полное обеспечение горячей водой и отоплением с помощью солнечного коллектора возможно только в южных регионах. В северных широтах конструкции могут использоваться только как дополнение к основному отоплению, и это необходимо учитывать, закупая оборудование. В большинстве российских регионов, с их снежными зимами и недостатком солнца гелиосистемы возможно использовать только в весенне-летний период для подогрева воды. Для отопления это практически бесполезная вещь.

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Солнце – источник неисчерпаемой бесплатной энергии, ресурсами которой может воспользоваться любой желающий.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Комплект с плоскими солнечными коллекторами auroSTEP plus – оптимальное решение для загородного дома.

Трубчатый солнечный коллектор auroTHERM exclusiv обеспечивает максимальную эффективность поддержки системы отопления.

Плоские солнечные коллекторы auroTHERM и auroTHERM plus – отличное соотношение цены и эффективности.

Покупка гелиосистем у официального дилера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99 (круглосуточно)

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Воздушные

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Обзор солнечных коллекторов для обогрева частного дома

Отопление домов солнечными коллекторами всего 15 лет назад было диковинкой, на которую многие смотрели с изрядной долей скепсиса — первоначальные вложения в экологичность дома никак не соответствовали получаемой выгоде. Ситуация изменилась с ростом индустрии солнечной энергетики в Китае — продукция изначально стала выпускаться по цене, доступной для китайского потребителя и потеснила многие именитые европейские бренды, вызывая множественные положительные отзывы.

На сегодняшний день затраты на солнечные коллекторы для отопления частных домов сравнялись с такими автономными системами обогрева, как электрические, топливные или газовые котлы. В южных регионах России спрос на солнечную энергию настолько возрос, что появились внутренние производители, обеспечивающие достойное качество по низкой цене, а также большое количество руководств о том, как сделать коллектор своими руками.

Классификация

Коллектор солнечной энергии представляет собой устройство, работа которого основана на поглощении излучения и передаче полученной энергии с помощью жидкости-теплоносителя и теплообменника в емкость с водой. Если солнечные батареи самых современных марок неспособны преобразовывать более 25 % падающего излучения, то у коллекторов этот показатель может достигнуть 85 %.

В зависимости от конструктивной схемы и принципа сбора энергии различают 2 основных типа:

1. Плоские — распространенный в южных странах и относительно дешевый вид, имеющий немного сниженный КПД (60 – 75 %) из-за потерь на отдачу тепла во внешнюю среду. Работает по очень простому принципу — темный металлический (алюминиевый или медный) лист поглощает энергию и нагревает систему из теплопередающих трубок. Потери тепла с наружной поверхности предотвращаются с помощью специального антибликового стеклянного покрытия, с внутренней применяют волоконную теплоизоляцию. Главные недостатки — большие потери зимой, возможность выхода из строя при температуре ниже -25°C, сильная зависимость от угла падения лучей.

2. Вакуумные (трубчатые) коллекторы — дорогие и высокопроизводительные устройства (КПД до 85 %), эффективно работающие в любых климатических условиях с обилием лучей. Схема спроектирована по наборному принципу из множества абсорбирующих тепло трубок. Каждая состоит из внутренней и наружной колб, выполненных из особого стекла и отделенных друг от друга вакуумом, обеспечивающим абсолютную теплоизоляцию. Во внутренней колбе расположен металлический поглотитель и трубка с жидким теплоносителем. Основной недостаток такой системы — огромная цена (в 2–3 раза выше плоских моделей), и необходимость электрического насоса со специальным контроллером для принудительной циркуляции жидкости.

Вакуумные солнечные коллекторы, в свою очередь, могут быть:

• Прямоточными или U-образными. Теплоноситель проходит через U-образную трубку, соединяясь в единую систему, как в плоском устройстве. Недостатком является продувание всех трубок при повреждении одного элемента, выход из строя всего коллектора до починки.
• С тепловыми трубками или heat pipe. Самое большое количество положительных отзывов вызывает именно эта конструкция, позволяющая беспрерывно получать энергию даже при сильных морозах. Каждый абсорбирующий элемент в ней автономен и закреплен фиксатором к теплообменнику с проточным теплоносителем. Работа тепловой трубки основана на нагреве и испарении жидкости с низкой температурой кипения и конденсации ее в верхней точке колбы с отдачей энергии. Главный недостаток очевиден из конструкции — необходимо положение под углом 30–90 градусов к горизонтали.

Насос, необходимый для работы вакуумных коллекторов, иногда обеспечивают энергией с помощью установки солнечной батареи. Также обязателен объемный двухконтурный бак для накопления нагретой воды и небольшая расширительная емкость для избытка теплоносителя при перегреве.

Как выбрать коллектор?

Чтобы подобрать агрегат, подходящий под все требования, и не перерасходовать большое количество денег, подбирать нужно очень осторожно, используя отзывы пользователей на независимых форумах:

1. Для обогрева дачи весной и осенью и горячей воды летом, выгоднее всего будет выбрать плоский солнечный водонагреватель. Не забудьте слить теплоноситель перед зимними морозами.

2. Для небольшой системы круглогодичного подогрева воды или при наличии плоской крыши понадобятся прямоточные вакуумные коллекторы.

3. Для обогрева бассейна или большой системы отопления в зимний период необходимо подобрать самый дорогой и надежный вариант — вакуумные тепловые трубки. Скатная крыша и южная стена идеально подойдут для установки.

4. Если есть выбор между аналогичными китайскими и европейскими моделями, почти всегда стоит купить китайские от именитых изготовителей — они дешевле и не менее качественны.

5. Если приобрести коллекторы российского производства, можно неплохо сэкономить даже по сравнению с китайскими, обратите особое внимание на отзывы о поставщике, используемый материал и гарантийный срок.

Мнения покупателей

«Когда строил дом, стал вопрос об отоплении. Область у нас теплая, поэтому решил совместить электрическое отопление с солнечным. 16 плоских панелей Коспел по 2,3 квадрата обошлись в 500000, забил всю крышу. Горячая вода круглый год, тепло. Только если мороз со снегом или пасмурной погодой, приходится электрику включать. В планах — построить теплый бассейн, чтобы летом энергию зря не терять».

«Купил три российских плоских коллектора компании Сокол. Зимой греют плохо, но в солнечный день 200 литров бак до сорока градусов нагревают. Пока морозов нет, работают очень хорошо. Нравится, что их даже чистить никогда не приходится — снег сам на них тает».

«Установил себе две китайские панели с тепловыми трубками производителя Sunrein. Вода горячая есть круглый год, температура зимой в баке – примерно 55-60 градусов, даже когда на улице мороз минус двадцать. Считаю, что не зря потратил деньги, всем рекомендую».

«На дачу нужен был источник горячей воды. По совету друзей купил 2 панели Химин Солар и бак на 250 литров. Честно говоря, не очень доволен, осенью и ранней весной еле-еле функционирует, как раз в самый сезон дачных работ».

Обзор основных плюсов и минусов

1. Полная автономность, возможность установки в любом месте, сколь угодно удаленном от цивилизации.

2. Независимость от привозного топлива.

3. Высочайшая надежность и ремонтопригодность — движущие части и химические реакции при работе отсутствуют, коллектор боится только физических повреждений и ненадлежащих рабочих материалов. Большинство неисправностей может быть быстро устранено заменой одного из элементов.

4. Экологичность — за год поглотитель площадью 1 м2 в среднем способен предотвратить выброс более 100 кг углекислого газа и огромного количество других продуктов сгорания.

5. Выгодность в долгосрочной перспективе при соответствующем уходе.

• Необходимость высоких первоначальных вложений.
• Непостоянство, зависимость от времени года и погодных условий. В большинстве случаев коллектор в системе отопления способен выполнять лишь вспомогательную роль, помогая экономить топливо.
• Низкая эффективность в северных регионах мира.

Расценки на установку солнечного отопления и водонагрева включают в себя:

• стоимость абсорбирующих панелей;
• затраты на накопительный бак и комплект соединительных трубок — около 70 000 рублей за двухконтурный бак 250 литров;
• циркуляционный насос и контроллер с измерительным оборудованием (только для вакуумных моделей) — от 20 000 рублей;
• затраты на солнечную батарею для работы электрического насоса (опционально).

Ориентировочные расценки на вакуумные китайские коллекторы (2 панели общей площадью 5 м2, самый дешевый контроллер и насос, бак 250 л) — 200 000 рублей. Для сравнения — аналогичная система обогрева на плоских коллекторах обойдется в 140 000 рублей. Если учитывать гарантийный срок 10 лет, среднюю величину инсоляции в Московской области 1173 кВт*ч/м2 и КПД для вакуумных трубок 75 %, для плоских панелей — 65 % (с учетом потерь зимой), получаем следующий выход тепловой энергии:

• 10 х 5 м2 х 0,75 х 1173 кВт*ч/м2 = 44000 кВт*ч для вакуумных солнечных коллекторов, или 4,55 руб за 1 кВт*ч энергии.
• 10 х 5 м2 х 0,65 х 1173 кВт*ч/м2 = 38100 кВт*ч для плоских коллекторов или 3,67 руб за 1 кВт*ч энергии.

Как можно увидеть, затраты на солнечную энергию приблизительно соответствуют тарифам на обогрев с помощью электричества или твердотопливных котлов, но с учетом среднего срока службы абсорбирующих панелей в 20 лет, можно получить двойную экономию, практически достигая уровня цен на централизованное теплоснабжение.

Можно смело утверждать, что в регионах с годовой инсоляцией выше 1 МВт*ч, если дом находится вдали от городов с общими котельными, оправдано применение солнечных вакуумных коллекторов в дополнение к традиционным вариантам. В северных регионах России, центральной и восточной Сибири уровень годовой солнечной энергии слишком низок, чтобы оправдать первоначальные вложения. Из-за высокой заснеженности и продолжительной зимы с минусовыми температурами на большинстве российских территорий плоские коллекторы можно использовать только для подогрева горячей воды в весенне-осенний период, для отопления они практически не годятся.

Солнечный коллектор для отопления дома: виды, состав гелиосистем, расчет и особенности монтажа

Техногенная цивилизация требует все большего количества энергии для удовлетворения нужд промышленности и быта. Но современные способы её получения не дают полной гарантии благополучной перспективы. Природные месторождения углеводородного сырья постепенно исчерпываются. К атомной энергетике после Чернобыля и Фукусимы возникло много вопросов по безопасности. Растиражированная тема термоядерного синтеза до сих пор не решена. В качестве временного выхода из кризиса ученые предлагают использовать возобновляемые средства в виде солнечной, ветровой, геотермальной стихии, а также силу морских приливов и отливов.

Солнце как энергетический «вечный двигатель»

Звезда нашей планетной системы – Солнце, по современным оценкам еще просветит не один миллиард лет. Кроме света, она дает бесплатное тепло, которое можно использовать для отопления домов солнечными коллекторами. Эту технологию уже не один десяток лет успешно внедряют в странах Западной Европы, США, Японии. Там до 50% от общего количества вырабатываемой энергии для частного сектора приходится на долю фотоэлектрических устройств. Следует понимать, что они являются альтернативным источником энергопотребления. Их задача – выполнять поддерживающую функцию и экономить традиционные ресурсы в форме электричества, газа или угля.

От природного светила получают два вида энергии – тепловую и электрическую. Преобразователями тепла являются водяные коллекторы. Электроэнергию производят путем трансформации видимого спектра излучения с помощью фотоэлементов. Солнечные батареи для отопления дома можно использовать даже в зимнее время в отличие от водяной системы.

Принцип работы обеих конструкций в корне отличается, но они могут дополнять друг друга, увеличивая общую эффективность обогрева и снижая затраты на приобретение дорогого оборудования фотоэлектрического модуля. Коллектор – это система металлических трубок, заполненных водой. Она нагревается и самотёком или с помощью циркуляционного насоса подается в систему отопления. Электрическая гелиосистема представляет собой комплекс фотоэлектрических преобразователей (полупроводников), вырабатывающих постоянный электрический ток.

Поток солнечного света, доходящий до Земли в безоблачную погоду, составляет по мощности до 1400 Вт/м 2 . Через облака тепла проникает в 14 раз меньше. КПД современных преобразователей достигает 24%. Флексо-фотовольтаический эффект увеличил время жизни «горячих» электронов и позволил поднять энергоэффективность панелей до 66%. Перспективной разработкой стали наноантенны. Они функционируют на прямом выпрямлении электротока под действием высокочастотного электромагнитного излучения с частотой до 500 ТГц в фотоприёмниках с диаметром до 300 нм. КПД такой термодинамической системы возрастает до 85%. Но стоимость комплекта солнечных батарей для отопления дома для большинства населения слишком высока.

Виды, состав водяной гелиосистемы для частного пользования

Промышленность выпускает несколько типов солнечных коллекторов для установки в личном хозяйстве. Они отличаются по:

• назначению;
• внешнему виду;
• конструкции;
• принципу работы;
• сезонности эксплуатации.

В зависимости от назначения конструкцию можно использовать для обогрева дома, воды в бассейне, горячего водоснабжения. Внешне конструкция выполняется в виде радиаторов с плоским или круглым сечением. Самотечный принцип работы позволяет экономить электроэнергию. Введение в состав оборудования циркуляционного насоса дает возможность ускорить прогрев воды в контуре прямой и обратной подачи. Разрешается производить отопление дома солнечным коллектором зимой.

Наиболее популярным видом оборудования является гелиосистема с суточным аккумулированием тепла. Существенный ее недостаток – невозможность применения излишков накопленной энергии в летнюю пору. Реализация сезонной концентрации тепла для частного домовладения не реальна, поскольку в землю нужно устанавливать и закапывать большие накопительные резервуары в объеме до 10 м 3 . Такое количество воды (до 10 тонн) можно использовать разве что на приусадебном участке, и то не всегда.

В состав отопительной гелиосистемы входят:

• накопительный и теплообменный бак расширения;
• контроллёры солнечных систем;
• бойлер;
• насосы;
• блоки управления насосами;
• трубы.

Еще одним видом гелиосистемы являются вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома. У них вместо металлических трубок устанавливаются стеклянные конструкции. Особенностью является монтаж на крыше стеклянной трубчатой системы, внутри которой проходит теплоноситель. Он изолирован от внешней среды вакуумной прослойкой, которая не даст промерзнуть воде. Герметичность достигается установкой уплотнителей. Обслуживание заключается в своевременной замене прокладок.

Монтаж, расчет и цена солнечных коллекторов для отопления дома

Солнечный коллектор крепится на предварительной собранной раме. На скатной крыше основанием является крепежная консоль из алюминиевого анодированного профиля, которую фиксируют сквозь покрытие кровли в стропильной балке на глубину до 10 см. Место выхода анкера через крышу герметизируется силиконовой резиной. Встраиваемая в кровлю система позволяет сэкономить на черепице или шифере. Установка производится на специальных браслетах, которые имеют изгиб, повторяющий форму черепицы. Такое огибание позволяет не делать отверстия в самой кровле и одновременно надежно фиксировать систему. Монтаж остальных элементов отопления выполняется в соответствии с законами гидродинамики, соблюдением уклонов для того, чтобы вода могла свободно циркулировать в случае отсутствия электроэнергии.

Важно! Запрещено монтировать крупногабаритные гелиоколлекторы, предназначенные для встраивания в крышу, на земле или плоской кровле. Следует строго выдерживать угол наклона к горизонту в диапазоне от 35 до 45°. Это обеспечит максимальную производительность оборудования.

Наиболее эффективные солнечные коллекторы находятся в южных областях. Устройство с рабочей площадью 1 м 2 за год вырабатывает такое количество тепла, которое сопоставимо при сгорании 300 м 3 природного газа. При цене последнего в среднем по 6 рублей за 1 м 3 сумма экономии составит 1800 рублей. Устанавливают три бойлера с рабочей площадью нагрева 2,5 м 2 . Сэкономленной суммы вполне хватит, чтобы зимой полностью отказаться от газа.

Стоимость солнечного коллектора для отопления дома зимой меньше, чем цена проектирования, монтажа и подключения к уличному распределительному газопроводу. Если учесть стоимость газа, то это разница становится еще больше. Расходная часть бюджета по обслуживанию гелиосистемы идет только на электроэнергию, необходимую для работы циркуляционного насоса. Преимуществом солнечного радиатора является отсутствие сложных систем, безопасность и повышенный срок эксплуатации по сравнению с газовыми приборами.

Недостатком агрегата является его большая стартовая стоимость. Цена солнечного коллектора для отопления дома может достигать 1000 евро, а вместе с монтажными работами – больше 2000. Окупается система в течение 5-7 лет. Другой минус – непостоянство работы. Она зависит от солнечных дней. Поэтому такой обогрев является только дополнением к основному.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома?

Устройство выгодно использовать для обогрева помещений в районах, где солнечных дней в году не меньше 200. Фотопанели вырабатывают электроэнергию и выдают её в домашнюю сеть на отопительные элементы. Для синхронизации с движением солнца по небосводу панели перемещаются вслед за светилом благодаря системе отслеживания. Существует несколько типов солнечных батарей:

• монокристаллические;
• поликристаллические;
• аморфные.

Монокристаллические преобразователи представляют собой пластины из кристаллов кремния. Они имеют энергоэффективность в пределах 18%, температуру эксплуатации – 5-25°С. Фотоэлементы их поликристаллов изготавливаются из вязкой кремниевой массы, постепенно отвердевающей до заданного состояния. Максимальное значение КПД -12%. Аморфные или пленочные панели получают методом испарительной фазы кремния, оседающего на полимерной пленке. Имеет самую небольшую производительность – 7%.

Внешние элементы поглощают и трансформируют энергию фотонов в упорядоченное движение электронов (отрицательная проводимость n-типа). Их энергия концентрируется в аккумуляторе. Один элемент создаёт мощность, достаточную для работы одной лампочки от 100 до 250 Вт. Панель площадью 30 м 2 обеспечит светом небольшой дом. Но для отопления необходимо в разы больше энергии и преобразователь переменного тока — инвертор. Без него обогревательные ТЭНы с распределительной разводкой работать не будут. Купить солнечные батареи для отопления дома можно в специализированных магазинах.

Важно! Собрать домашнюю мини-электростанцию под силу только подготовленному мастеру. Он поставит систему на обслуживание и даст гарантию. Самостоятельный монтаж приведет к поломке дорогостоящего оборудования.

Самая эффективная солнечная панель та, которая работает по гибридной схеме. Например, фотоэлементы параллельно подключены к ветрогенератору или общей электросети. Тогда гарантирована безотказная работа системы при отключении одного из элементов. После монтажа всех компонентов инвертор подключается к водонагревателю. Мощность инвертора находится в пределах 250-6000 Вт. Увеличения мощности добиваются параллельным подключением нескольких инверторов. В качестве накопителя энергии используются автомобильные или специальные аккумуляторы.

Для отопления дома и обеспечения его электричеством необходимо установить панели общей мощностью до 20 КВт. Цена комплекта солнечных батарей для отопления дома составляет от 1040600 рублей. Стоимость панелей с оборудованием, включающим инвертор, аккумуляторы в 10 и 15 КВт колеблется от 522 и от 847 тысяч рублей. Солнечные батареи для отопления загородного дома обойдутся чуть меньше – 484 тысяч рублей.

Как самостоятельно изготовить накопитель энергии солнца?

Основной деталью устройства является абсорбер, состоящий из металлического листа, приваренного к трубкам. Они соединены с трубами подачи горячей воды и «обратки», которые устанавливаются горизонтально. Схема их подсоединения – диагональная. Это делается для увеличения мощности.

Абсорбер помещается в деревянный каркас и закрывается стеклом толщиной не менее 4 мм. Если стекол больше, то производительность увеличивается, но возрастает масса. Конструкцию нужно покрасить специальным жаростойким веществом. Обычные лакокрасочные материалы вскоре начнут отставать от поверхности под действием высокой температуры. Абсорбер утепляется минеральным стекловолокном, так как температура нагрева достигает до 200°С. Все деревянные конструкции изолируются от соприкосновения с металлом.

Накопительный бак, где хранится горячая вода, помещается в абсорбере и тоже защищается от температурного влияния внешней среды. В нем находится теплообменник из нержавеющей стали, меди. Входной патрубок соединяется с горячей водой, а выходной – с холодной. Третий элемент конструкции – расширительный бак. Он соединен с накопителем и имеет контакт с наружным воздухом. Его задача состоит в регуляции уровня воды в системе и недопущения превышения объема и давления теплоносителя при нагревании. Все емкости утепляются, в том числе, и расширительный бачок.

Принцип работы солнечного коллектора для отопления дома своими руками не отличается от промышленных установок. Нагретая в абсорбере солнцем вода поступает в теплообменник, а затем в систему отопления дома. Отдавая тепло, она остывает и возвращается в бак. На практике установлено, что для южных широт больше всего подходят коллекторы с плоскими элементами, а для северных – с трубчатыми.

Отзывы о солнечных коллекторах и батареях для отопления домов

Большинство пользователей альтернативными системами обогрева отмечают возросшую независимость от сетевых энергоисточников. Особенно это заметно при запланированных отключениях и аварийных остановках подачи света или газа. В случае самостоятельного монтажа коллектора расходы были только на приобретение материалов. Заметно снизились финансовые затраты в перерасчете на ежедневное потребление.

Например, пользователь гелиосистемы в Судаке отмечает, что применяет её для нагрева бассейна объемом 170 м 3 и дежурного отопления в зимнее время. Он смонтировал 18 коллекторов, через год добавил еще 14 единиц. Зимой приходится прогревать дом, включая основную сеть. Поскольку температуры воды падает до 12°. Летом возникает другая проблема – некуда девать воду, нагретую до 70°С. За семь лет эксплуатации владелец дважды менял контролер. Первый раз из-за неисправности, второй – по причине установки более современной модели. Конструкция окупила себя за 4 года. В перспективе вместо котла планирует подключить более выгодный тепловой насос.

Другой пользователь ГВС из Сум отмечает, что летние расходы покрыл на 100%. По его мнению, солнечные панели сегодня являются неотъемлемой частью инженерных систем домов. Независимо от отрицательной температуры фотоэлектрические батареи компенсируют 4 часа теплопотерь. Если теплоноситель прогревается недостаточно (облачность, вечер), то он поступает в грунтовый накопитель, повышая температуру почвы до 20-25°С. Летом гелиосистема играет главную роль при нагреве воды. Излишки снова поступают в подземный теплообменник.