Отопление зимой от солнца

Солнечное отопление частного дома — что нужно знать?

Обновлено: 16 января 2021

Солнечное отопление

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Преимущества

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Виды отопления

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

• возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
• необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
• долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
• как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

• корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
• распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
• вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

1. Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
2. Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
3. Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
4. Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

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.

Источник

Солнечный коллектор зимой: эффективность и возможные проблемы

Постоянно растущая стоимость отопления в зимний период заставляет многих домовладельцев искать альтернативный источники энергии для горячего водоснабжения и отопительных систем. Для этой цели подходят твердотопливные котлы и тепловые насосы, но первым требуется топливо, а вторым электроэнергия, что не позволяет создать полностью автономную сеть обогрева воды. Есть ли третий вариант?

Как обеспечить нагрев воды от солнца в зимний период

Наиболее экологически чистую и полностью бесплатную тепловую энергию обеспечивают солнечные коллекторы. Но у многих возникает вопрос, насколько эффективно отопление от солнца зимой и не возникнет ли с гелиоколлектором дополнительных проблем в наших климатических условиях? Разберем этот вопрос подробнее.

Стоит ли использовать солнечное отопление зимой

Гелиосистемы, как и солнечные батареи работают за счет энергии солнечного света, поэтому монтируются на улице, в местах прямого (или почти прямого) падения лучей. Однако если на фотоэлектрическую трансформацию температура и окружающая среда практически не оказывают воздействия, то с солнечными коллекторами возможен ряд проблем. Больше всего покупателей беспокоят вопросы:

Развеем несколько мифов, касающихся влияния этих факторов на эффективность гелиоколлектора.

Снег и солнечные коллекторы: отзывы, воздействие

Снег является основным врагом гелиосистем, поскольку преграждает доступ солнечных лучей к поверхности коллектора, из-за чего эффективность последнего значительно снижается. Как у вакуумных, так и у плоских моделей наблюдается падение производимой мощности от 3 до 5 раз, в зависимости от толщины снежного покрытия.

Однако тут нужно добавить, что трубчатые коллекторы при небольших снегопадах и в условиях отсутствия мороза быстро самоочищаются за счет своей формы. Но наиболее эффективно противостоят снегу плоские модели, поскольку:

• Основная теплопотеря системы происходит через верхнюю панель и во время работы коллектор как-бы непроизвольно подогревает снежный пласт над собой;
• В некоторых плоских моделях есть функция оттаивания, которая переводит часть аккумулированного тепла на повышение температуры верхней панели, что приводит к тому же результату, только быстрее.

Да, снег сильно снижает КПД гелиосистем, но инженеры вводят всё новые способы решения этой проблемы.

Может ли град повредить солнечные коллекторы зимой

Опасения по-поводу града напрасны для владельцев качественных трубчатых и плоских коллекторов, так как:

• Качественные трубки производятся из закаленного стекла (в некоторых случаях — с дополнительным усилением), прочность которого на порядок выше, чем обычного;
• Прозрачные панели плоских моделей делаются из армированного стекла или композитных материалов — пластика, стеклопластика (конкретные параметры защиты зависят от производителя).

Такие системы могут легко выдержать град различной интенсивности и величины, вплоть до среднего диаметра осадков 3-5 см. Многие производители демонстрируют видео обстрела своих коллекторов металлическими или каменными шариками, имитирующими град в качестве доказательства прочности.

Как работает солнечный коллектор в мороз

Вторым серьезным фактором, влияющим на КПД гелиосистем является температура окружающей среды, но снижение эффективности в мороз характерно только для плоских коллекторов. Это вызвано тем, что сеть трубок с теплоагентом контактирует с внешней панелью, через которую уходит тепло. Чтобы снизить этот эффект, многие производители начали устанавливать изоляционный слой между прозрачной панелью и трубками.

В трубчатых, между трубкой с теплоагентом и внешним прозрачным кожухом образовывается вакуум, который является плохим проводником тепла. Поэтому трубчатые модели демонстрируют минимум теплопотерь даже в мороз.

Тут стоит отметить, что мороз может сыграть злую шутку с трубчатыми коллекторами при повышенной влажности и затянуть внешний стеклянный кожух изморозью, а это снизит число проникающих солнечных лучей. Но опасаться подобных ситуаций не стоит, поскольку:

1. Прозрачность изморози на несколько порядков выше, чем снега и она очень несущественно влияет на производительность.
2. Изморозь уходит за несколько часов солнечной погоды, поэтому если на небосводе появится яркое солнце — оно быстро ее растопит, а если солнца нет, то КПД коллектора снизится вне зависимости от намерзшего слоя.

Нужен ли водонагреватель от солнца зимой?

Если резюмировать влияние погодных факторов в условиях нашего климатического пояса:

• Количество солнечных дней зимой резко снижается;
• Поверхность коллектора может покрываться снегом или изморозью;
• Плоские модели будут отдавать существенную часть тепла через внешние панели, особенно при сильных морозах.

Однако в холодное время года, можем отметить, что:

• Коллекторы легко переносят перепады температур и осадки;
• Их сложно повредить градом или льдом;
• За полученное тепло не нужно платить;
• При достаточном количестве солнца, КПД системы падает незначительно.

Если учесть, что у плоских коллекторов есть механизм для самоочищения от снега, то на их КПД влияет только количество солнечных дней и температура окружающей среды. В целом такая система будет выполнять нагрев воды солнцем, но ее эффективность в зимнее время падает в 3-4 раза.

Если для горячего водоснабжения можно рассчитать необходимый запас мощности и установить дополнительные модели, то применение солнечных нагревателей в отопительных системах возможно только в качестве дополнительного источника подогрева воды.

Отопление солнечными коллекторами: зарубежный опыт

В странах Западной Европы, в частности Швейцарии и Германии (в регионах, расположенных примерно в той же широте, что и Украина) научились минимизировать падение КПД на отопительную систему дома за счет предварительного накапливания энергии.

Эта технология используется в хорошо утепленных домах с предварительным инженерным планированием и предусматривает:

• Монтаж в стенах и под полом системы отопительных труб;
• Установку сети солнечных коллекторов и солнечных батарей;
• Установку резервуара с большим водоизмещением (42 тонны или больше) на чердаке.

Дальше в межсезонный период, когда температура только начинает падать, а отопление еще не работает (август-сентябрь) система направляет всю энергию на подогрев воды в резервуаре до максимально возможной температуры. В дальнейшем эта вода будет использоваться для поддержания стабильной работы отопительной сети в пасмурные и холодные дни, когда эффективность коллекторов падает.

Такая технология не является панацеей от падения КПД, но существенно продлевает срок автономной работы отопления и снижает расходы владельца. Правда, обходится такое оборудование недешево и в Украине подобные проекты пока не реализовывались.

Как работает отопление дома солнцем в зимний период

Солнечный водонагреватель зимой тоже используется для отопления дома (для этого даже разработаны специальные модели с незамерзающим теплоагентом). Это обусловлено процессом преобразования солнечной энергии в тепловую, включающим несколько этапов:

1. Солнечные лучи проходят через внешнюю прозрачную панель/трубку и попадают на покрытие-абсорбатор;
2. Абсорбатор активно вбирает прямые и рассеянные солнечные лучи даже в облачную погоду и передает преобразованное тепло на трубку с теплоагентом;
3. Теплоагент (во всесезонных моделях — незамерзающий) закипает и проходит по змеевику в расширительный бак системы;
4. В баке он передает полученное от абсорбера тепло воде и конденсируется, возвращаясь по змеевику в трубку под абсорбером.
5. Цикл повторяется.

Как можно видеть, этот механизм не зависит от температуры окружающей среды, поэтому может использоваться даже в холодное время года. На эффективность системы влияет количество и продолжительность солнечных дней, а в нашем климатическом поясе эти показатели хоть и сокращаются, но не падают до нуля, поэтому даже самой холодной зимой коллекторы будут работать (пусть и с пониженным КПД).

Насколько эффективен подогрев воды солнечной энергией зимой

Мощность работы солнечного коллектора рассчитывается в Вт на м² и напрямую зависит от солнечной активности в регионе и КПД самого устройства. Соответственно мощность вычисляется по формуле: м = а*к/100.

• м — мощность;
• а — солнечная активность;
• к — коэффициент полезного действия.

Количество солнечной энергии в широтах Украины составляет 1000-1200 Вт на м². Узнать КПД коллектора можно из его технического паспорта (хотя нужно учитывать, что фактический может отличаться от номинального).

Если у нас есть плоский коллектор с КПД в 80%, то его мощность = 1200*80/100, то есть 960 Вт на м² площади.

Так вот в зимний период (в зависимости от региона и погодных условий) из-за облачности и осадков солнечная активность над территорией Украины падает от 3 до 5 раз, то есть до 400-250 Вт. При таких условиях мощность того же коллектора будет составлять 360-200 Вт на м². И это при отсутствии длительного снежного покрова на поверхности коллектора.

Фактически для бесперебойной работы системы зимой владельцу нужно обеспечить пятикратный запас мощности, что затруднительно, учитывая общую площадь и стоимость такого гелиоколлектора.

Так есть ли смысл покупать солнечный коллектор на зиму?

Учитывая вышеизложенное, можем сделать вывод, что гелиоколлекторы хоть технически и способны работать в условиях зимы в нашем регионе, без существенных проблем для владельца, но не выдают достаточный КПД для полноценного отопления или обеспечения дома горячей водой.

Это не значит, что солнечный водонагреватель бесполезен — летом такая установка может полностью нагреть воду солнцем, покрыть теплопотребности дома, а в зимнее время стать дополнительным источником энергии, снижая общую нагрузку на основную теплосеть. Эффективно обеспечить домохозяйство горячей водой для потребления и отопления в зимний период могут другие источники альтернативной энергии:

• Тепловой насос;
• Твердотопливный котел.

Подключение любого из них к сети, совместно с солнечным коллектором позволит существенно сэкономить на твердом топливе или электричестве, а в летний период установки можно полностью отключить, перейдя на полностью бесплатную энергию солнца.

Источник