Системы отопления на солнечной энергии: технологии и возможности

Поиск заменителей традиционных источников тепла становится крайне важным, особенно на фоне роста цен на газ, уголь и нефть. Одним из перспективных решений являются солнечные отопительные системы, которые способны долгое время эффективно обогревать помещения.

Размышляете о возможности установки гелиосистемы, но испытываете сомнения? Мы поможем вам разобраться, в каких случаях использование солнечной энергии для отопления будет целесообразным, и рассмотрим различные способы организации отопления. Также предоставим инструкции для самостоятельного создания гелиосистем — как плоского, так и трубчатого коллектора.

Солнечная энергия как источник тепла

Концепция применения солнечной энергии для обогрева зданий не нова. Эта идея была успешно опробована в таких странах, как США, Китай, Испания, Израиль и Япония.

На рынке представлено множество решений по преобразованию солнечной энергии и ее использованию для бытовых нужд.

Во многих странах солнечные системы являются основным источником тепла. В нашей стране они пока чаще используются как дополнительное средство для систем отопления.

Стоимость таких систем варьируется в зависимости от типа, площади и материалов, используемых в производстве. Наблюдается постоянная тенденция к снижению цен на все модели солнечных установок — гелиосистем.

Это делает их доступными для более широкой аудитории, хотя не все желающие готовы вложиться в такую покупку на данный момент.

Тем не менее, при определенных навыках, можно самостоятельно создать эффективную солнечную систему отопления, потратив значительно меньше денег.

Галерея изображений

Установка солнечных отопительных устройств позволяет существенно снизить расходы на электроэнергию в периоды отключения центрального отопления.

Эти устройства представляют собой трубки, по которым циркулирует вода, нагревающая теплоноситель для автономных систем.

Солнечные панели, состоящие из фотоэлементов, способны преобразовывать солнечное излучение в электричество. Этот вариант подходит как для отопления, так и для обеспечения электроэнергией.

Приборы для нагрева теплоносителя или преобразования солнечного тепла можно легко установить самостоятельно.

Преимущества солнечной энергии
Функции солнечных коллекторов
Солнечная панель на фотоэлементах
Установка компонентов солнечного отопления

Традиционные системы отопления, которые долго и эффективно выполняли свои функции, начинают резко дорожать. Это связано с глобальным удорожанием энергетических ресурсов по всему миру. Владелец жилья естественно стремится сократить затраты на отопление, которое занимает значительную часть бюджета семьи.

Солнце может полностью заменить привычные системы, работающие на твердом топливе, газе или других источниках энергии. Это зависит от типа и площади отопляемого помещения.

Система, подходящая для хранения зерна, вряд ли подойдет для жилого дома, а решения, удовлетворяющие потребности дачи, не смогут обеспечить тепло в двухэтажном особняке.

Полная замена традиционного отопления на солнечное не всегда проста. Владельцы опасаются, что такая система может не справиться с нагрузкой, или не хватает места для установки необходимого количества панелей.

Поэтому многие выбирают комбинированное отопление, не отказываясь полностью от уже имеющихся газовых (или электрических) систем. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.

Также важен годовой показатель солнечных дней в регионе проживания; при этом средняя температура не так критична. Многие установки эффективно аккумулируют свет даже в морозные зимние дни (солнечные коллекторы с антифризом в качестве теплоносителя).

Кроме обогрева помещения, солнечная установка может обеспечить горячей водой и электроэнергией.

Где гелиосистема проявит наибольшую эффективность

Вопрос замены отопления на гелиосистему требует учета нескольких факторов, влияющих на эффективность ее работы.

Во-первых, необходимо правильно определить тип гелиосистемы, опираясь на площадь и назначение помещения. Как правило, это частный дом, где проживает семья из 4-5 человек.

Во-вторых, нужно точно рассчитать тепловые потребности, основываясь на максимальном потреблении в зимний период. Сравните эти данные с количеством энергии, вырабатываемой 1 кв. м гелиосистемы, и рассчитайте площадь солнечной конструкции, способной обеспечить необходимое отопление.

Эта величина станет ключевым фактором при выборе места для установки системы. Обычно ее размещают на крыше или стене дома, реже — на придомовом участке или крыше гаража. Иногда делают специальные подставки для установки.

Создание специальных подставок для установки гелиосистемы позволяет оптимально расположить их на территории вашего дома.

Важно, чтобы ничего не затеняло солнечные панели. Лучшие варианты — южная, юго-восточная или юго-западная стороны крыши или стен.

После того как определено место для установки солнечных панелей, следует подготовить дом:

• Освободить пространство. Убрать препятствующие растения.
• Укрепить крышу. Обязательно нужно учитывать вес предполагаемой конструкции.
• Дополнительно утеплить жилье. Неправильно отапливать улицу.

В-третьих, следует решить, покупать ли солнечную систему или создавать ее своими силами. Все зависит от вашего бюджета и готовности потратить время на строительство оборудования.

Если вы выбрали второй вариант, то ознакомьтесь с принципом работы конструкции, чтобы правильно ее собрать.

Варианты организации солнечного отопления

Способы создания солнечной отопительной системы зависят от предпочтений владельца:

• Приобретение готовых изделий. Закупка готовых коллекторов для самостоятельной установки и монтажа.
• Создание опытного прототипа. Это поможет протестировать систему перед полноценным использованием и произвести точные расчеты.
• Полное выполнение всех этапов самостоятельно. Расчет, проектирование, строительство гелиосистемы «с нуля», а также ее установка.

Первый вариант подразумевает выбор подходящего места для установки солнечных установок, поскольку это напрямую влияет на их эффективность. Для монтажа иногда требуются специальные навыки.

При этом рассчитывать количество панелей нет необходимости — достаточно сообщить поставщику свои пожелания. Нужно будет ответить на некоторые уточняющие вопросы менеджера, и без особых трудностей будет определено оптимальное количество панелей (коллекторов).

Для самостоятельной установки гелиосистемы на крыше потребуется помощь хотя бы одного человека. С такой задачей одному справиться будет сложно.

Второй вариант — создание опытного прототипа. Это отличный выбор для тех, кто колеблется. Принять окончательное решение о замене системы отопления может быть сложно, поэтому стоит создать небольшой солнечный коллектор (воздушный или водяной) и протестировать его работоспособность.

Оценив реальные затраты на создание прототипа и сравнив их с рыночной стоимостью аналогичных решений, а также экономическую выгоду от эксплуатации, вы сможете легко принять решение.

Третий вариант – сотрудничество с настоящими профессионалами.

Для установки полноценного объекта потребуется значительное количество работ:

• Рассчитать необходимую площадь гелиосистемы.
• Определить место установки и укрепить его.
• Дополнительно утеплить строение.
• Закупить все необходимые компоненты.
• Создать солнечную батарею.
• Установить выполненную систему, придерживаясь требований – угол наклона относительно солнечных лучей.

Проведение полного цикла работ по установке такой системы — задача не из простых, однако это очень интересный процесс. Кроме того, он позволяет значительно сэкономить средства.

При выборе системы отопления на основе солнечной энергии следует учесть, будет ли она также использоваться для подогрева воды и выработки электроэнергии (кликните для увеличения).

Типы установок для преобразования солнечной энергии

В зависимости от их принципа работы выделяют два типа устройств для поглощения солнечного света:

• Электрические батареи. Это системы, состоящие из последовательно или параллельно соединенных полупроводниковых элементов, которые генерируют электричество для питания бытовых обогревателей.
• Солнечные коллекторы. Это панели с трубками, заполненными теплоносителем: воздухом, незамерзающей жидкостью или водой, которые передают нагретый солнцем теплоноситель в контур отопления.

Теперь рассмотрим каждую из этих систем подробнее.

Солнечные панели

Солнечная панель преобразует солнечное излучение в электрическую энергию. Обычно она состоит из кремниевых фотоэлементов, которые могут сразу извлекать постоянный ток из солнечного света.

Такие установки могут обеспечивать электрическим питанием обогревательные устройства. Их необходимо подключить к электросети дома.

Галерея изображений

Шаг 1: Правильный выбор угла наклона солнечных панелей позволяет им генерировать необходимое количество электроэнергии. Такие панели отлично подходят для установки на ровных крышах гаражей и других вспомогательных строений.

Шаг 2: Перед тем как приступить к монтажным работам, важно убедиться в полной комплектации оборудования, а также внимательно ознакомиться с инструкциями по установке.

Шаг 3: Принятое на объект оборудование следует тщательно проверить. На корпусе и солнечной поверхности не должно быть никаких повреждений, таких как трещины, царапины или сколы.

Шаг 4: Прежде чем собрать мини-электростанцию, необходимо отвинтить преобразователь, который крепится на одной из поддерживающих стойках регулируемой подставки.

Шаг 5: Солнечная панель устанавливается на обе опоры подставки. Угол наклона устанавливается в соответствии с временем года и направлением солнечных лучей для конкретной местности.

Шаг 6: Собранная солнечная панель осторожно перемещается на крышу гаража, Вы будете использовать ее для получения электроэнергии, необходимой для отопления и питания устройств.

Шаг 7: На ровной крыше солнечная панель должна быть размещена так, чтобы она могла поймать максимальное количество солнечного света.

Шаг 8: При необходимости для повышения эффективности выработки электроэнергии количество солнечных панелей увеличивается после расчетов необходимого количества в зависимости от практического опыта.

Выбор угла наклона солнечной панели

Подготовка солнечной панели к установке

Проверка мини-электростанции после транспортировки

Открепление преобразователя от батареи

Крепление солнечного модуля на подставку

Транспортировка мини-электростанции на крышу

Расположение солнечной батареи на крыше

Модульный принцип сборки панелей

Эффективность преобразования солнечного света с этой установкой варьируется от 5% до 20%, в зависимости от типа устройства, используемого для переработки. Производительность одного квадратного метра солнечной панели достигает 120 Вт.

Теперь нужно подсчитать, сколько квадратных метров потребуется для удовлетворения энергетических нужд конкретного домохозяйства, учитывая размеры жилья, индивидуальные потребности в тепле и уровень утепления конструкции.

Наиболее удобным местом для установки солнечных панелей считается крыша дома, предпочтительно его южная сторона.

Для отопления солнечные панели наиболее эффективны в южных регионах. Однако их недостатком является снижение производительности в условиях сумерек и облачности, а также полное отсутствие работы ночью.

Если вы хотите изготовить солнечную батарею самостоятельно, сначала нужно собрать каркас, затем припаять солнечные элементы, после чего все аккуратно уложить и использовать герметик.

Для постройки каркаса применяются деревянные рейки или алюминиевые уголки. Все зависит от размеров конструкции и места установки. Соларные элементы — кремниевые пластины — являются основной расходной частью. Они бывают моно- и поликристаллическими, первые немного дороже, но их производительность на 5% выше.

Изготавливать элементы самостоятельно не представляется возможным. Лучше всего приобретать фотоэлектрические преобразователи с уже припаянными проводами.

Их необходимо разместить на основание из ДВП, затем закрепить в каркасе, выведя провода наружу и заполнив отверстия герметиком. Позвольте конструкции высохнуть и прикройте её стеклянной или прозрачной пластиковой крышкой.

В этой статье представлены схемы монтажа и способы подключения солнечных батарей.

Солнечные коллекторы

Другим принципом работы по преобразованию солнечного света обладают солнечные коллекторы. В их основе лежит теплоноситель, который проходит по трубкам.

Существует три основные конструкции коллекторов, наиболее распространенных для систем солнечного отопления:

• Плоские. Теплообменник — абсорбер, выполненный из листового металла с черной поверхностью, нагревающейся и передающей тепло теплоносителю системы отопления.
• Вакуумные. Коллекторы вакуумного типа, по принципу действия напоминающие термос, способны сохранять тепло значительно лучше, почти в два раза.
• Концентраторы. Такие устройства имеют вогнутые зеркала большой площади, фокусирующие солнечный свет на небольшом абсорбере.

Наиболее распространенные в быту солнечные установки используют систему трубок, соединенных параллельно или в виде змеевика. В этих трубках содержится техническая вода, смесь с незамерзающей жидкостью или воздух.

Обозначив основные элементы солнечной установки, проще определить наилучшее расположение для ее компонентов (+)

Воздушная установка может послужить в качестве дополнительного источника отопления. Однако она не сможет полностью обеспечить тепло в доме независимо от его расположения. Главная особенность данной гелиосистемы — использование воздуха в качестве теплоносителя.

Трубчатые системы активно применяются для отопления в течение всего года. Антифриз или его смесь нагревается под действием солнечных лучей, а затем движется по внутренним теплообменным трубкам, направляясь в накопительный бак.

Работу жидкости в системе обеспечивает насос, который перемещает ее из бака обратно в систему отопления. Разогретый теплоноситель вытесняет охлажденную жидкость, которая снова возвращается в коллектор и повторно нагревается.

Принцип функционирования плоского гелиоколлектора основан на проникающем солнечном свете в панель, где расположен теплоабсорбер. Он нагревается и передает тепло жидкости, которая циркулирует по медным трубам.

Что можно собрать своими руками?

Создание системы отопления на основе воздушного коллектора вполне возможно самостоятельно. Лучше всего её устанавливать на южной стене здания.

Чем больше площадь отапливаемого помещения, тем большую площадь должен занимать коллектор — в идеале, он может занять всю стену дома. Также эту систему можно расположить на чердаке.

Планируя установку воздушного отопления на чердаке, необходимо убедиться, что конструкция выдержит вес устройства (+)

Гелиоколлектор, нагревающий воздушную массу, выполняет свои функции отопления за счет потоков воздуха, проходящих через систему. Теплоноситель циркулирует по контуру, остывая и вновь возвращаясь в систему. Перемещение воздушных потоков может происходить как естественным путем, так и с помощью вентилятора.

Что касается материалов для изготовления воздушного коллектора, тут можно использовать самые разные подручные средства. Здесь нет строгих норм.

Домашние мастера адаптируют этот вид солнечной системы, создаваемой в домашних условиях. Кто-то стремится сэкономить, жертвуя при этом эффективностью, другие наоборот, стараются повысить ее уровень.

Освоив основные компоненты воздушного коллектора, проще будет решить, где лучше всего его смонтировать — на крыше или стене (+)

Рассмотрим основные подходы.

Особенности установки трубчатой гелиосистемы

Гелиосистема трубчатого типа подходит для эксплуатации в самых различных регионах. Она не зависит от температуры воздуха. Главное — максимальное поступление солнечного света на установку.

Антифриз, применяемый в качестве теплоносителя, не замерзает даже при низких температурах. А в ясные зимние дни солнечного света бывает больше, чем летом.

Трубчатый солнечный коллектор состоит из системы прозрачных вакуумных трубок, соединенных между собой. В этих трубках содержится вещество с низкой температурой кипения, которое, испаряясь, передает тепло медному наконечнику и скапливается внизу, где процесс повторяется.

Вакуумные трубки изготовлены из огнеупорного стекла и заполнены веществом, которое может закипать даже при низких температурах (+)

Вакуумные трубки способны поглощать до 90% всего солнечного излучения (как видимого, так и инфракрасного). Солнечная энергия преобразуется в тепловую, которая затем передается теплоносителю, движущемуся по системе — в теплообменник, расположенный в специальном накопительном баке.

Перемещение теплоносителя и воды в системах отопления осуществляется при помощи насосов. Важно, чтобы бак имел хорошую теплоизоляцию. Обычно используются два теплообменника: один подключается к дополнительному нагревателю, другой — к коллекторам.

В домах с данным типом солнечных установок рационально дополнительно подключать систему теплых полов, что значительно способствует эффективному отоплению помещений.

Монтаж трубчатых коллекторов можно выполнить самостоятельно. Однако следует учитывать оптимальный угол наклона — не менее 20°.

Трубчатый солнечный коллектор устанавливают на крышу, выбирая направление с максимальным солнечным освещением. Важно, чтобы рядом не было высоких зданий, загораживающих солнечный свет.

Самостоятельное изготовление вакуумной установки невозможно, так как изготовить вакуумные трубки в домашних условиях нельзя. Это задача для заводов, занимающихся производством вакуумных солнечных систем.

Плоская солнечная установка

Для отопления часто используют плоские гелиоколлекторы.

Для их создания потребуется:

• металлическая рама;
• прочное дно;
• слой теплоизоляции;
• слой поглотителя солнечного излучения черного цвета (адсорбера);
• прозрачная крышка — стекло или пластик;
• трубки для жидкости (медь или алюминий).

Конструкция должна быть оснащена входным и выходным патрубками, а также насосом для эффективной циркуляции жидкости.

Собрать плоский гелиоколлектор самим вполне реально. В этом случае часто используются доступные материалы, выбирая более выгодные аналоги (+)

Устанавливать плоский коллектор можно под любым углом, главное — следить за тем, чтобы он всегда был чистым от снега и пыли. Такой коллектор особенно подойдет для теплого климата.

В зимний период наблюдается сниженная эффективность работы и значительная потеря тепла. Это вызывает вопросы о целесообразности использования исключительно солнечной гелиосистемы для полноценного отопления. Наилучшим решением будет комбинированное применение плоской солнечной установки с отоплением, основанным на газе, электричестве или твердом топливе.

Мы предлагаем ознакомиться с материалами о том, как самостоятельно собрать солнечные отопительные системы:

1. Руководство по созданию солнечного коллектора для отопления своими руками — шаг за шагом
2. Самостоятельное изготовление солнечной батареи: методы сборки и установки солнечной панели

Перспективы использования солнечной энергии

Применение солнечной энергии для отопления вместо традиционных источников является выгодным решением. В зависимости от типа гелиосистемы, экономия на потреблении платного тепла может достигать 100%.

Полная замена отопительной системы возможна при использовании коллекторов с вакуумными трубками. Хотя на начальном этапе такие проекты могут оказаться дорогостоящими, в дальнейшем они обеспечивают полную энергетическую автономию и окупаются в течение 6-8 лет.

Мастера с творческим подходом находят оригинальные решения – для циркуляции жидкости в коллекторе можно использовать обычный шланг, преобразованный в лабиринт.

Срок службы солнечных установок может достигать 25 лет, и они требуют минимального обслуживания – периодической очистки от снега, пыли и мусора. Ремонт возможен без привлечения специалистов. Однако стоит учесть, что плоские коллекторы и солнечные батареи подвержены разрушительным эффектам ураганного ветра.

Тепло, получаемое таким образом, безопасно как для жильцов зданий, так и для окружающей природы. Оно не требует денежных затрат и не зависит от валютных курсов или цен на энергоносители.

Заключение и полезные видео

В следующем видео вы сможете увидеть, как собственноручно создать солнечную батарею:

Также предлагаем познакомиться с видео о создании системы воздушного отопления:

Технология изготовления плоской солнечной установки своими руками:

Солнечные системы отопления зарекомендовали себя на международной арене и позволяют получать значительное количество бесплатного тепла, снижая коммунальные платежи за отопление на 30% и более.

Вы также можете полностью заменить традиционные источники энергии на солнечную энергию в своей системе отопления. Кроме того, важным преимуществом является возможность самостоятельной сборки гелиоустановки.

Есть ли у вас опыт в сборке или использовании солнечных систем для отопления? Делитесь своим опытом, задавайте вопросы и участвуйте в обсуждениях. Форма для комментариев доступна ниже.