Какие бывают солнечные системы отопления – виды, характеристики, особенности выбора

Схемы подключения к системе отопления

Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

С водяным коллектором

Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

С солнечной батареей

Отопление от солнца своими руками, созданное на базе солнечных батарей, осуществляется путем установки электрического нагревателя. В данном случае фотоэлектрические элементы лишь обеспечивают питание ТЭНов, установленных в электробойлере, не имея непосредственного отношения к отопительному контуру.

Система отопления и солнечные батареи со всем комплексом аппаратуры монтируются отдельно. Способ соединения выбирается произвольно, исходя из особенностей обеих систем. Подключение бойлера, насоса и прочих устройств выполняется обычным способом, никаких специфических требование не имеется.

Виды солнечных коллекторов

Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.

Накопительные

Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.

Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.

Плоские

Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.

Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.

При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.

Жидкостные

Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.

К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.

Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.

Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.

Воздушные

Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.

Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.

Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.

Особенности солнечных коллекторов

Солнечные системы отопления частного дома наиболее эффективны в регионах, где в течение года насчитывается большое количество солнечных дней. Кроме того, зимой солнечное освещение также должно быть достаточно интенсивным. При монтаже подобной системы отопления нужно учитывать следующие особенности.

Чтобы конструкция обогрева была эффективной, необходимо качественно выполнить утепление дома. Рекомендуется сочетать солнечное отопление с другими видами — газовым или электрическим – это самый оптимальный вариант. Интеграция элементов гелиосистемы в традиционную схему обогрева значительность увеличивает эффективность отопления дома и снижает материальные затраты.

В регионах, для которых характерен низкий уровень инсоляции (потока лучей солнца на горизонтальную поверхность), нужно правильно рассчитать площадь коллекторов и в точности соблюдать инструкцию по монтажу, чтобы система работала максимально эффективно. Специалисты рекомендуют устанавливать коллекторы под углом, равным географической широте местности, в таком случае они будут более эффективны. Дело в том, что максимальный уровень поглощения солнечной энергии происходит в том случае, если их поверхности находятся под прямым углом по отношению к инсоляции.

При определении степени потока лучей следует помнить о том, что его интенсивность значительно выше в середине дня. Поэтому поверхности солнечных батарей для отопления дома желательно располагать в южном направлении. Допустимы незначительные отклонения в юго-восточном и юго-западном направлениях. При монтаже коллекторов необходимо проследить за тем, чтобы их не затеняли деревья или соседние постройки. Организуя отопление от солнца своими руками, нужно слегка увеличить угол наклона, чтобы повысить эффективность работы этих устройств зимой. При этом в летнее время эффективность системы несколько понизится, но это допустимо, так как в любом случае будет переизбыток тепловой энергии.

Размеры

Расчет размера солнечных батарей требует таких параметров как точная площадь дома и месячный расход электричества с семьи. Так, средняя семья из 3 человек затрачивает около 250-450 кВт при использовании бытовой техники. К этому необходимо добавить нагрев воды в зависимости от объема резервуара.

Для удовлетворения затрат электроэнергии на 1 человека понадобится площадь батареи в 1м2, а чтобы обогреть 10 м² площади пола также понадобится 1 м² солнечной батареи. Расчет облучения батарей нужно осуществлять, ориентируясь на 1000 кВт/ч на 1 м² за год. Произведенное электричество будет равно энергии расходования 100 л газа.

Солнечные коллекторы площадью в 5 м², способны обеспечить горячей водой дом средних размеров. Они производят электроэнергию, равную примерно 2100 кВт/ч в год.

Полностью отключать коммунальное отопление не стоит — в холодный период солнечное тепло питает батареи пассивно, на погоду положиться нельзя. Лучше совмещать отопление на солнечной энергии с другим типом: если батареи не смогут получить необходимого количества солнечной энергии, то ее легко можно будет заменить.

Плюсы и минусы трубчатых батарей

Прежде чем трубчатые радиаторы отопления купить, надо рассмотреть, какие они имеют преимущества и недостатки.

Среди плюсов использования данных обогревателей можно выделить:

1. Устойчивость к негативному воздействию жесткой воды. Коррозионные бляшки на таких батареях практически не образуются.
2. Многообразие расцветок и форм. Что позволяет подобрать такую модель, которая идеально подойдет к дизайну комнаты.
3. Безопасность. Прибор не имеет острых углов. Отличный вариант для семей с детьми. Такие радиаторы менее травмоопасны.
4. Простота в эксплуатации и уходе. Благодаря своей конструкции трубчатые батареи не накапливают пыль. Мыть их очень легко.
5. Современные модели можно подключать как по нижней, так и по боковой схеме.
6. Для производства используются только современные материалы и новейшие технологии.

На стальные трубчатые радиаторы отопления отзывы очень хорошие. Многие пользователи отмечают такие преимущества трубчатых батарей: удобство в регулировании подачи воды, возможность монтажа на гипсокартон, оптимальное соотношение цены и качества.

Но имеют отопительные приборы и некоторые недостатки:

• Низкая мощность. Из-за чего устанавливать стальные трубчатые батареи можно только в небольших зданиях и частном жилом секторе.
• Уровень теплоотдачи невысокий.
• Дороговизна. Поскольку данный вид отопительных приборов появился на рынке сравнительно недавно и для его производства используются новые материалы и технологии, на стальные трубчатые радиаторы отопления цены пока что достаточно высокие.
• В местах, где проводилась трубчатая сварка, может возникать течь.

Разновидности

В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.

Фотоэлектрические элементы

Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.

Фотоэлектрические элементы

Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.

По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.

Кремниевые

К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.

В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:

• монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%;
• поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.

Пленочные

При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.

Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:

• теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%);
• аморфный кремний (КПД – 11% — 13%).

Концентраторные

Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.

Комплектация отопительной системы

Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:

• собственно батареи;
• аккумулятор;
• контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора;
• инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В;
• конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.

Сетевая фотоэлектрическая система

Солнечные коллекторы

Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.

Солнечные коллекторы

В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.

Очевидно, что изготовление солнечных коллекторов основывается на более простых технологиях, чем производство фотоэлементов. Соответственно, и стоимость они имеют более низкую. При этом КПД таких установок достигает 80% — 95%.

Комплектация гелиосистемы

Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:

• солнечный коллектор;
• циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными);
• емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора;
• контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.

Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Солнечное отопление самостоятельно

Можно ли солнечную систему отопления для частного дома сделать самостоятельно? На сегодня известно несколько разных способов изготовления подобной системы обогрева своими руками. Например, на основе применения полиэтиленовой пленки или пластиковых бутылок. Но в этом случае надо быть готовым, что такая система не будет работать так эффективно, как выполненная специалистами. Потому что довольно сложно обеспечить полную герметичность конструкции и очень тяжело предотвратить смешивание горячей и холодной воды.

Кроме того, необходимых товаров порой не бывает в продаже или они могут обойтись достаточно дорого. К тому же, никто не застрахован от простых технических ошибок. Поэтому чаще целесообразнее и экономичнее приобрести уже готовое оборудование для отопления дома солнечной энергией.

Сооружение солнечной батареи самостоятельно

Многообразие систем отопления для частного дома

Отопление частного дома своими руками

Какая схема отопления приемлема для двухэтажного дома?

Системы отопления без теплоносителя

Электрические системы отопления

Большая часть систем без теплоносителя – электрические. В таких системах электрическая энергия, преобразуясь в тепловую, нагревает помещение, а не теплоноситель. К таким системам можно отнести тепловентиляторы и электроконвекторы, однако выше мы их отнесли к местному воздушному отоплению. Более показательными примерами будут электрические теплые полы, панельные инфракрасные обогреватели, инфракрасные излучатели и пленочные инфракрасные нагреватели (ПЛЭН).

Электрические теплые полы

Теплый электрический пол отличается от водяного тем, что его нагревательные элементы — это имеющие два слоя изоляции, экранированные одножильные или двужильные кабели. По сравнению с водяными, электрические теплые полы проще (и дешевле) при монтаже, не требуют дополнительного оборудования, просты в управлении.

Пленочные инфракрасные нагреватели (ПЛЭН)

В основе их работы лежит принцип нагрева элементов из карбона, которые запаяны в полимерную пленку. К характеристикам такой пленки следует отнести: прочность, влагонепроницаемость и термостойкость. Основные достоинства – быстрый монтаж, отсутствие дополнительного оборудования и коммуникаций (только электричество) и легкая регулировка.

Газовые ИК обогреватели и конвекторы

В этих приборах тепло вырабатывается при сгорании газо-воздушной смеси. Поэтому можно отнести их к огневоздушному отоплению без теплоносителя (тепло передается через твердую среду корпуса прибора). Конвекторы из-за способа теплообмена (конвекция) относятся так же к воздушному отоплению. Вот такая перекрестная классификация.

Инфракрасные газовые обогреватели

«Светлые» Процесс горения у светлых излучателей происходит непосредственно на излучающей поверхности, т.е. открыто. Обычно применяются в больших вентилируемых помещениях или на открытом пространстве.

«Темные» Процесс горения у темных излучателей происходит в полностью закрытом пространстве. Принцип таких излучателей состоит в том, что высокотемпературные продукты сгорания газа проходят внутри теплоизлучающих труб. Средняя температура на поверхности трубы составляет 450 — 500 °C.

Отопление от солнца: за и против

Если говорить об использовании солнечной энергии для отопления, то нужно иметь в виду, что существуют два разных устройства для преобразования солнечной энергии:

• Солнечные батареи. Они вырабатывают исключительно электрический ток. А вот его уже вы можете использовать для обеспечения работоспособности любого электрооборудования, в том числе и не работу отопительных приборов.
• Солнечные коллекторы. Эти устройства нагревают жидкость (теплоноситель) и их можно напрямую подключать к системе отопления, а также с их помощью греть воду для бытовых нужд.

  Так можно обеспечить дом горячей водой и частично отоплением при помощи солнечной энергии

Оба варианта имеют свои особенности. Хотя сразу нужно сказать, какой бы из их вы ни выбрали, не спешите отказываться от той системы отопления, которая у вас есть. Солнце встает, конечно, каждое утро, но вот не всегда на ваши солнечные элементы будет попадать достаточно света. Самое разумное решение — сделать комбинированную систему. Когда энергии солнца достаточно, второй источник тепла работать не будет. Этим вы и обезопасите себя, и жить будете в комфортных условиях, и сэкономите.

Если желания или возможности ставить две системы нет, ваше солнечное отопление должно иметь, как минимум, двукратный запас по мощности. Тогда точно можно сказать, что тепло у вас будет в любом случае.

Достоинства использования солнечной энергии для отопления:

• Безопасный и абсолютно «чистый» источник энергии.
• Снижение затрат на отопление и ГВС.
• Вы независимы от состояния экономики: солнце светит всегда, и в кризис, и в период расцвета.
• Денег солнце за свою энергию не требует. Другое дело, что государство может обложить налогами владельцев гелиоустановок. Но пока такого не случилось — солнечная энергия бесплатна.

  Солнце постоянно посылает на землю тепло. И им можно воспользоваться для обогрева дома

Недостатки:

• Зависимость количества поступающего тепла от погоды и региона.
• Для гарантированного отопления потребуется система, которая может работать параллельно с гелиосистемой отопления. Многие производители отопительного оборудования предусматривают такую возможность. В частности европейские производители настенных газовых котлов предусматривают совместную работу с солнечным отоплением (например, котлы Baxi). Даже если у вас установлено оборудование, у которого такой возможности нет, можно согласовать работу отопительной системы при помощи контролера.
• Солидные финансовые вложения на стартовом.
• Периодичное обслуживание: трубки и панели нужно очищать от налипшего мусора и мыть от пыли.
• Некоторые из жидкостных солнечных коллекторов не могут работать при очень низких температурах. В преддверии сильных морозов жидкость приходится сливать. Но это касается не всех моделей и не всех жидкостей.

Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.

Солнечный коллектор — устройство и принцип работы

Устройство данного типа может эффективно применяться для обеспечения горячего водоснабжения и отопления дома. Целесообразно монтировать панели солнечные для отопления в регионах с высоким количеством ясных дней.

При этом стоит учитывать тот факт, что при экстремально низких температурах теплоноситель может замерзнуть из-за нехватки мощности коллектора, поэтому необходимо предусмотреть возможность слива воды или применять незамерзающие технические жидкости (масло и другое).

Принцип действия солнечного коллектора достаточно прост. Под воздействием энергии солнечного света происходит нагрев теплоносителя в батарее коллектора. Разность плотности холодной и горячей воды (или другого теплоносителя) обеспечивает его естественную циркуляцию в системе, в большинстве случаев установка насоса для создания подпора не требуется.

Сделать солнечный коллектор самостоятельно несложно, основными узлами установки считаются:

Принцип работы солнечного коллектора

• Батарея (непосредственно коллектор) представляет собой радиатор, размещенный в утепленном коробе. Именно объем коллектора и протяженность труб, входящих в него и определяет тепловую мощность установки.
• Накопительный бак предназначен для обеспечения запаса воды, предназначенной для обеспечения нужд отопления и горячего водоснабжения. В его нижнюю часть врезан трубопровод обратки из системы отопление (подается остывшая вода), а отбор горячей воды осуществляется из верхней части.
• Аванкамера (расширительный бак) предназначена для обеспечения постоянного уровня воды в системе, благодаря ей предотвращается возможность завоздушивания магистралей и обеспечивается циркуляция теплоносителя.

Помимо этих элементов солнечное отопление частного дома включает в себя систему трубопроводов, запорную арматуру для регулировки потоков, слива теплоносителя, отопительные приборы.

Реально ли смонтировать солнечный коллектор самостоятельно?

Панель солнечного коллектора представляет собой систему соединенных между собой труб, помещенную в утепленный короб. Для изготовления панели можно применять трубы различного диаметра, при этом больший основные элементы соединяются между собой перемычками меньшего сечения (подобную конструкцию имеет отопительный регистр).

Солнечный коллектор своими руками

Устройство солнечного коллектора предполагает размещение теплообменного радиатора в утепленный короб. Для его монтажа могут применяться различные материалы (от фанеры и OSB до обычных досок), утепление можно выполнить пенопластом или минеральной ваты достаточной для региона толщины. Для увеличения эффективности установки внутренняя часть короба и сам радиатор красят черной краской, которая обеспечит увеличение поглощения солнечного света и позволит увеличить тепловую мощность установки.

Устанавливать панель коллектора необходимо с южной стороны строения, при этом угол наклона к горизонту должен составлять 30-45 градусов, это обеспечит более устойчивую циркуляцию теплоносителя.

Накопительный бак должен иметь объем, позволяющий обеспечить потребность всех потребителей. Обычно его емкость составляет 300-500 литров (если бак такого объема подобрать сложно, можно соединить между собой несколько отдельных емкостей). Необходимо предусмотреть мероприятия по утеплению этого устройства, это позволит снизить неэффективные потери тепловой энергии, что обеспечит более качественное отопление дома. По уровню расположения накопительный бак должен быть несколько выше, чем солнечная панель, минимальное расстояние между ними составляет 0,7-1 метр.

В верхней точке системы устанавливается аванкамера емкостью до 40-50 литров. Он оснащается краном поплавкового типа и дренажным трубопроводом. Эти элементы обеспечат подпитку системы из подключенного трубопровода холодного водоснабжения при снижении уровня теплоносителя.