Использование коллекторов и солнечных батарей в отоплении дома

В современных условиях вопрос об экономном ведении хозяйства более чем актуален, что напрямую связано с постоянным удорожанием привычных энергоносителей, периодическими экономическими кризисными явлениями и нарушением экологического равновесия на нашей планете. Переход на альтернативные источники, например, солнечные водонагреватели, воздушно солнечное отопление, – это способ экономии и забота о будущих поколениях.

Сегодня для монтажа соответствующего оборудования можно воспользоваться услугами профессионалов или установить воздушное солнечное отопление своими руками. Второй вариант экономически выгоднее в 4 раза, поскольку цена – это немаловажный фактор для принятия решений, последствия которого будут давать результат на протяжении многих лет.

Усовершенствование существующих ранее технологий играет непосредственную роль в процессе интегрирования в современную систему хозяйствования альтернативных источников обогрева жилых и промышленных помещений.

Поэтому для экономически и технологически правильного проектирования системы, выполнения монтажа ее элементов необходимо иметь наиболее полную картину возможностей отопления дома солнечными батареями.

Самодельные системы: как используется солнечная энергия

Оборудовать солнечное отопление своими руками можно даже начинающему мастеру, но работа с разными типами устройств имеет некоторые отличия. Речь идет о солнечных батареях и солнечном коллекторе.

Солнечные батареи позволяют аккумулировать энергию, а затем использовать ее и для обогрева, и для подогрева теплоносителей, и для питания электрических приборов. Фотоэлементы, которые являются основой батарей, сделать самостоятельно трудно. Поэтому их покупают, соединяют в цепь и фиксируют в отдельном корпусе, правильно устанавливая все элементы.

Солнечными коллекторами (гелиосистемами) обогревают частные дома, организуя дополнительно и горячее водоснабжение. Фотоэлементы для коллектора не требуются. Отзывы свидетельствуют, что организовать солнечное отопление из подручных материалов под силу и начинающему мастеру.

Плоские гелиосистемы представляют собой остекленные и утепленные короба с теплоносителем внутри. Основным элементом вакуумных коллекторов являются трубки, в которых преобразуется энергия.

Итак, отличие состоит в том, что с помощью батареи можно производить электроэнергию, а с помощью коллектора нагревать воду.

Экономическая эффективность использования солнечного генератора энергии

Солнечные батареи для отопления генерируют электрическую энергию в результате фотоэлектрических реакций. В среднем один модуль имеет мощность от 50 до 300 Вт при коэффициенте полезного действия до 30%, что является невысоким показателем. Экономическая выгода кроется в другом – эффективном – производстве энергии, что позволяет окупить затраты уже за 3 года эксплуатации системы. Один раз обустроив отопление на солнечных батареях, можно забыть о проблеме на 25 лет, поскольку именно такой срок устанавливают производители для работы оборудования.

К выгодным параметрам такого вида отопления можно отнести экономию внутреннего полезного пространства, что достигается установкой батареи для отопления на крыше здания. При этом следует придерживаться определенных правил:

1. Оборудование, обеспечивающее солнечное отопление, устанавливается на южной стороне, поскольку именно здесь сосредоточено наибольшее количество тепла.
2. Крыша должна быть не горизонтальная, а под наклоном – ориентировочно 45°.
3. Солнечные батареи довольно тяжелые, поэтому стропильная система крыши дома должна быть прочной. Угроза обрушения наиболее вероятна в зимнее время, когда на крыше скапливается снег.
4. Во дворе, на стороне дома, где располагаются батареи, не должно быть деревьев или зданий, создающих тень.

Расчет площади необходимого для батарей пространства производится индивидуально, но можно сориентироваться, учитывая такие параметры: для средней полосы для отопления дома, площадь которого составляет 100 кв.м, понадобится около 30 кв.м батарей. Следует учесть необходимость изолированного места в доме, в котором будет установлено оборудование, использующееся в пасмурную погоду или в темноте.

Экономическая выгода также определяется типом системы, которую подключают к электрическому котлу, в частности:

• электрическая;
• водяная.

Первая имеет наибольшую популярность благодаря эффективности при небольшом нагреве больших участков дома, допустим, пола с подогревом. Электрическую систему легче настраивать в соответствии с погодными условиями, количеством человек в доме. Оборудование электрического отопления легче монтировать, при этом отсутствуют громоздкие трубы и радиаторы под окнами.

Уязвимость альтернативной системы отопления

Расчет эффективности работы солнечной батареи для отопления дома позволяет определить период ее окупаемости. Как уже было сказано, это 3 года, но при соблюдении нескольких условий.

Во-первых, если энергии недостаточно и дом приходится отапливать газом, расходы на солнечное отопление увеличиваются, что в результате приводит и к увеличению сроков окупаемости.

Снижения стоимости эксплуатации оборудования для отопления дома солнечными батареями можно достичь за счет улучшения показателей энергоэффективности. Иными словами, прежде чем перейти на альтернативный источник энергии, необходимо позаботиться о термоизоляции, исключив возможность утечки тепла. Утепленные стены, крыша и пол, законопаченные щели в окнах и дверях позволят снизить расходы энергии, что уменьшит сроки окупаемости.

Во-вторых, эффективная работа системы отопления дома солнечными батареями возможна только при надлежащем уходе. Загрязнение поверхности приведет к уменьшению энергоэффективности. Поэтому рекомендуется по меньшей мере 1 раз в полгода производить очистку внешних блоков.

Отзывы владельцев домов с солнечной системой отопления свидетельствуют о необходимости создания резервной системы, например, газового котла. При наличии централизованной электросети можно предусмотреть возможность переключения ее мощности в сезоны с недостаточным количеством солнечных дней. Чаще всего потребность дополнительного источника энергии возникает в зимнее время, а вот осенью и весной отопление на солнечных батареях экономически целесообразно.

Принципы действия основных систем отопления

Для обеспечения отопления и водоснабжения горячей водой в доме используют две системы, использующие разные теплоносители – воду и воздух. Обустройство таких систем несколько отличается, как и эффективность.

Водяное солнечное отопление может состоять из следующих элементов:

• солнечного коллектора с использованием водяного теплоносителя;
  

  Водяная система солнечного отопления.

• трубопровода;
• дополнительного нагревателя; бака-аккумулятора горячей воды;
• коллекторного насоса;
• теплообменника;
• дополнительного топлива;
• радиатора помещения, которое отапливается.

Такое солнечное отопление дома работает по принципу отдачи тепла от нагретой предварительно воды, проходящей по трубопроводам и отопительным приборам. Расчет подтверждает экономичность расхода материала, используемого для отопления, что достигается за счет теплоемкости воды. Считается, что при нагреве до одного уровня температуры вода в 4000 раз более теплоемкая, чем воздух.

Отзывы потребителей свидетельствуют о трудоемкости установки и эксплуатации водного солнечного оборудования, необходимости постоянного контроля работы генератора. При низких температурах вода, наполняющая трубопровод, замерзает и расширяется, вызывая разрушение всей системы. Установить оборудование можно только в процессе постройки дома или его капитального ремонта.

Воздушное солнечное отопление и горячее водоснабжение обеспечивается теплым воздухом, нагнетаемым специальными вентиляторами. Отличие этой системы состоит в использовании не насосов, а мощных вентиляторов.

Воздушное солнечное отопление имеет высокий уровень КПД, поскольку в его схеме отсутствуют передаточные элементы. Отопительная система объединяется с климатической, что позволяет создавать и поддерживать комфортный микроклимат помещения. Вследствие малой инерционности помещение обогревается очень быстро. Воздушное солнечное отопление доказало свою эффективность, а цена на него формируется в зависимости от объемов обогреваемых помещений, среднегодовых погодных условий и некоторых других факторов.

Перед закупкой необходимого оборудования и его установкой требуется произвести расчет:

1. Мощности нагревателя воздуха с учетом того, что помещение должно получить достаточный обогрев, а тепловые потери должны быть компенсированы.
2. Скорости подачи воздуха, который нагревается.
3. Неизбежных потерь тепла, которые осуществляются через стены помещения, окна, двери, вследствие сквозняков или иных причин.
4. Диаметра воздуховода с учетом аэродинамических характеристик всей системы, что позволит определить объем потерь воздушного напора.

Если расчет оказался неправильным, возможны перегревы тепловых нагревателей, возникновение вибрации, дополнительных шумов, что создает дискомфорт, а впоследствии приводит к выходу системы из строя.

Простой вариант воздушного обогрева дома

Наиболее простой вариант – это создать воздушно солнечное отопление своими руками из металлического профнастила. Расчет материала таков: для создания короба размерами 180х120х15 см понадобится влагостойкая фанера толщиной 1,2 см на боковые стенки и 0,7 см – на заднюю стенку.

По периметру готового короба к задней стенке прикрепляется брус 4х4 см, на который укладывается минеральная вата слоем толщиной 4 см. Полученная после утепления поверхность зашивается профнастилом и окрашивается черной матовой краской с термостойкими характеристиками.

В середине короба прибиваются планки, размер которых соответствует расстоянию от стенки до стекла, которое будет затем установлено. Планки прибиваются в виде лабиринта, чтобы создавалась необходимая циркуляция воздуха. В нижней части боковой стенки прорезается прямоугольное отверстие, через которое осуществляется подача воздуха. Отверстие защищается сеткой или воздушным фильтром. Остекление солнечного коллектора дополняется тщательной герметизацией всех стыков.

С противоположной к отверстию подачи воздуха стороны прорезается еще одно отверстие, в котором устанавливается вентилятор. Когда лучи солнца попадут на профнастил, образуется тепло. Оно затем и будет нагнетаться для отопления помещения. Солнечное отопление своими руками позволяет при температуре +10°С получать около 60°C на выходном отверстии.

Используем водосточные трубы для обогрева

Воздушно солнечное отопление своими руками из профнастила позволяет экономить на дорогостоящих энергоносителях в весенне-осенний период при условии отопления небольших площадей. Более внушительные размеры и отдачу имеет воздушное солнечное отопление, созданное из теплопроводных алюминиевых труб преимущественно прямоугольного сечения.

Коллектор состоит из большого короба, длина которого равна длине дома. На создание прочного каркаса идут доски толщиной 3-4 см и влагостойкая фанера от 0,8 до 1 см. Принцип создания коллектора такой же, как и в случае с профнастилом: задняя стенка сбитого короба утепляется минеральной ватой, боковые – пенопластом. Слой минеральной ваты покрывается алюминиевым листом, к которому с помощью хомутов прикрепляются трубы.

Коллектор из алюминиевых труб, обеспечивающий воздушное солнечное отопление, имеет особенность: входное и выходное отверстия для воздуха располагается в одной его части и разделяются деревянными перегородками. Далее производится остекление (можно использовать прозрачный шифер), покраска и установка вентиляторов на вход и выход.

Готовый коллектор устанавливается под углом к дому, а к нему по утепленной пенопластом траншее подводятся воздуховоды.

Воздушно солнечное отопление своими руками, созданное по описанной технологии, в зимнее время до 15.00 включительно при минусовой температуре не ниже 10°С позволяет получать на выходе воздух температурой 65°С. Расчет объемов тепла, которые можно получить в летнее время, дает еще более внушительные показатели, поэтому рекомендуется во избежание перегрева затенять оборудование.

Нагреваем воду солнечной энергией

Солнечные водонагреватели можно приобрести в магазинах или создать своими руками. Цена на оборудование зависит от объема бака и количества и типа трубок. В среднем эти показатели составляют от 26 и до 80 тысяч (можно нагреть от 127 до 340 л воды).

Можно найти сотни конструкций такого оборудования, но наибольшим спросом пользуются переносные солнечные водонагреватели, которые в случае необходимости можно отвезти на дачу или взять с собой в поход. Отзывы подтверждают, что возможность иметь горячую воду сутки напролет – серьезный аргумент в пользу создания удобного коллектора.

Самой трудоемкой частью будущего водонагревателя является бак. Для его изготовления понадобится лист оцинкованного железа, из которого вырезается основа бака с припусками по 2-2,5 см. После придания формы стыки тщательно пропаиваются. Тщательный расчет позволит сделать работу из одного листа, но в случае неудачи можно создать конструкцию из двух оцинкованных листов.

Для змеевика используются тонкостенные медные или стальные трубки диаметром до 18 мм, которые припаиваются к коллектору по всей длине. Таким образом можно достичь более высоких показателей теплопроводности.

Далее схема работы та же, что и для создания воздушного солнечного коллектора. Из многослойной фанеры сбивается короб-кожух, дно которого теплоизолируется. Внутрь короба устанавливаются коллектор, бак, трубки и укрепляются с помощью металлических уголков.

После этого конструкция остекляется, крепятся опорные элементы. Чтобы система работала эффективно, необходимо ее установить таким образом, чтобы солнечные лучи падали на поверхность под прямым углом.