Солнечные системы отопления: разбор технологий обустройства отопления на базе гелиосистем

Вопросы, связанные с нахождением альтернативных источников тепла, становятся все более важными на фоне растущих цен на газ, уголь и нефть. Одним из многообещающих направлений является использование солнечных систем отопления, которые способны эффективно поддерживать комфортную температуру в помещениях на протяжении многих лет.

Если вы рассматриваете возможность установки гелиосистемы, но у вас есть сомнения и вопросы, мы поможем вам разобраться, когда стоит использовать солнечную энергию для отопления, и рассмотрим различные варианты организации системы. Также мы предложим вам инструкции по сборке самодельных гелиосистем, включая плоские и трубчатые коллекторы.

Энергия солнца — альтернативный источник тепла

Идея солнечного отопления не нова. На самом деле, эффективность её применения была доказана многими странами, такими как США, Китай, Испания, Израиль и Япония.

На рынке имеется множество предложений по установкам для преобразования солнечной энергии и её дальнейшего использования для бытовых нужд.

Гелиосистемы активно используются в качестве основного источника тепла во многих странах мира. У нас же они пока чаще выступают в качестве дополнения к существующим системам отопления.

Цены на такие системы варьируются в зависимости от их типа, размеров и материалов, использованных при производстве. Однако мы наблюдаем тенденцию к снижению стоимости всех видов солнечных установок — гелиосистем.

Это делает их более доступными для широкой аудитории, хотя не все респонденты готовы инвестировать в такую покупку.

Тем не менее, если есть желание, можно создать эффективную солнечную отопительную систему самостоятельно, потратив при этом значительно меньше средств.

Галерея изображений

Установка солнечных отопительных систем значительно снижает расходы на электроэнергию в периоды отключения центральных систем.

Эти устройства, представляющие собой систему трубок с циркулирующей в них водой, нагревают теплоноситель для независимых отопительных систем.

Солнечные батареи, состоящие из набора фотоэлементов, генерируют электроэнергию из солнечного света. Этот вариант подходит как для отопления, так и для подачи электроэнергии.

Установить приборы для нагрева теплоносителя или преобразования солнечного тепла можно без особых проблем своими руками.

Плюсы использования солнечной энергии
Функции и назначение солнечных коллекторов
Солнечная панель на фотоэлементах
Установка элементов солнечного отопления

Традиционные системы отопления, которые долгое время работали эффективно, становятся все более дорогими. Основная причина этого — глобальный рост цен на энергетические ресурсы. Естественным следствием для владельцев жилья является стремление уменьшить расходы на отопление, которое занимает значительную долю семейного бюджета.

Таким образом, солнечная отопительная система может полностью заменить привычные твердотопливные, газовые или другие системы. Всё зависит от типа и площади помещения, в котором она будет эксплуатироваться.

Решение, подходящее для склада с зерном, будет неприемлемо для жилого дома, в то время как система, достаточная для дачи, не обеспечит отопление двухэтажного коттеджа.

Полная замена традиционного отопления на солнечное иногда может вызвать трудности. Владельцы могут опасаться, что установка не справится с задачами или не хватит места для монтажа необходимого числа панелей.

Поэтому зачастую выбирают комбинированные системы отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения традиционного отопления солнечной энергией может достигать 90%.

Также важно учитывать количество солнечных дней в году в местности, где расположено жилье. При этом средняя суточная температура может не иметь значения. Множество установок эффективно поглощают солнечное излучение даже в морозные зимние дни (солнечные коллекторы с антифризом в качестве теплоносителя).

Помимо отопления, солнечная установка может обеспечить дом горячей водой и электричеством.

Где гелиоустановка будет наиболее эффективна

При замене отопления на гелиоустановки стоит учесть ряд факторов, влияющих на их эффективность.

Первое, нужно правильно определить тип гелиосистемы. Это зависит от площади помещения и его назначения. Чаще всего речь идет о частном доме, где проживает семья из 4-5 человек.

Второе, необходимо точно рассчитать потребности в тепле, основываясь на максимальном потреблении в зимний период. Сравните эти данные с количеством энергии, производимой на 1 кв. м гелиоустановки. Нужно будет рассчитать площадь солнечной конструкции, достаточную для отопления конкретного помещения.

Эта величина станет ключевым фактором при выборе места для установки системы. Владельцы домов обычно предпочитают размещать солнечные панели на крыше или стене. Редко используется участок возле дома или крыша гаража. Порой сооружают специальные подставки для установки.

Создание подставок для установки гелиосистемы позволяет расположить их на участке максимально удобно.

Важно, чтобы ничто не препятствовало доступу солнечного света к площадь, на которой находятся поглощающие элементы. Рекомендуется выбирать южные, юго-восточные или юго-западные стены или части крыши.

Определившись с местом для солнечных панелей, следует выполнить предварительную подготовку здания:

• Освободить пространство. Удалите лишние растительные насаждения, если они создают препятствия.
• Укрепить крышу. Убедитесь, что крыша может выдержать вес планируемой конструкции.
• Дополнительно утеплить здание. Отапливать улицу не имеет смысла.

Третье, необходимо решить, покупать ли установленную систему или собирать её самостоятельно. Всё зависит от финансовых возможностей и готовности потратить время на сборку конструкции.

Если выберете второй вариант, стоит разобраться в принципах работы системы, чтобы правильно ее собрать.

Возможные варианты обустройства солнечного отопления

Способы создания системы солнечного отопления зависят от предпочтений владельца:

• Покупка готовых изделий. Приобретение готовых коллекторов с последующим самостоятельным монтажом.
• Создание пилотного проекта. Это позволяет оценить эффект использования системы для дальнейших расчетов.
• Самостоятельная реализация всего цикла работ. Расчеты, проектирование, строительство «с нуля» гелиосистемы и её установка.

Вариант №1 предполагает правильный выбор места для солнечных установок, так как это напрямую отражается на эффективности их работы. Монтаж также требует специальных навыков.

При этом нет необходимости рассчитывать количество панелей — достаточно сообщить свои требования компании-поставщику. Также нужно будет ответить на уточняющие вопросы менеджеров, и подбор идеального количества панелей (коллекторов) будет без проблем осуществлен.

Для установки гелиоустановки на крыше рекомендуется иметь помощь хотя бы одного человека, так как справиться с работой одному будет трудно.

Вариант №2 подразумевает создание пилотного проекта. Это отлично подходит для тех, кто ещё сомневается. Простой солнечный коллектор (воздушный или водяной) небольшого размера станет отличным опытом в проверке системы «в действии».

Оценив реальные затраты на сборку и сопоставив их с рыночными ценами на аналогичные системы, вам будет легче принять ответственный выбор.

Вариант №3 — обратиться к настоящим специалистам.

Для качественного отопления объекта необходимо выполнить большую работу:

• Рассчитать требуемую площадь гелиосистемы.
• Определить место установки и укрепить его.
• Дополнительно утеплить здание.
• Приобрести все необходимые элементы для создания системы.
• Собрать солнечную батарею.
• Установить созданную систему, обращая внимание на угол наклона по отношению к солнечным лучам.

Выполнение полного цикла работ по созданию системы не является легким делом, но этот процесс очень увлекателен и может существенно сэкономить ваши средства.

При выборе типа отопления на основе солнечной энергии, подумайте, будет ли это также использоваться для нагрева воды и выработки электроэнергии (нажмите для увеличения).

Виды установок для преобразования солнечной энергии

В зависимости от принципа работы различают два типа устройств, сглатывающих солнечный свет:

• Батареи на основе фотоэлектрических преобразователей. Это системы, в которых полупроводниковые элементы соединены последовательно или параллельно. Они обеспечивают электрическим током бытовые обогреватели.
• Солнечные коллекторы. Панели с трубками, наполненными теплоносителем: воздухом, незамерзающей жидкостью или водой. Они подают нагретый солнцем теплоноситель в окружение отопления.

Давайте рассмотрим каждый из вариантов отдельно.

Солнечные батареи

Солнечная батарея преобразует солнечный свет в электричество. Она состоит из фотоэлементов (чаще всего из кремния), которые способны извлекать постоянный ток из солнечного излучения.

Такая система может использоваться для обеспечения работы электрического отопительного оборудования. Её следует подключить к электросети жилья.

Галерея изображений

Шаг 1: При правильном выборе угла наклона, солнечные батареи смогут вырабатывать необходимое количество энергии. Они идеально подходят для установки на плоских крышах гаражей и хозяйственных построек.

Шаг 2: Прежде чем приступить к монтажу, нужно удостовериться, что все комплектующие солнечного устройства на месте и внимательно ознакомиться с инструкцией по его установке.

Шаг 3: Доставленное оборудование следует тщательно осмотреть. На корпусе и солнечных панелях не должно быть трещин, царапин или сколов.

Шаг 4: Перед тем, как собрать мини-электростанцию, необходимо открутить преобразователь, который закреплен на одной из опор подставки.

Шаг 5: Солнечная панель устанавливается на обе опоры подставки. Угол наклона определяется в зависимости от времени года и направления солнечного света в конкретном регионе.

Шаг 6: Собранная панель осторожно переносится на крышу гаража, где она будет обеспечивать электроэнергией отопление и питание различных устройств.

Шаг 7: На ровной крыше необходимо установить солнечную батарею так, чтобы она максимально улавливала солнечный свет.

Шаг 8: Если нужно увеличить производство энергии, количество солнечных батарей может быть увеличено, рассчитав необходимую площадь на практике.

Выбор угла наклона солнечной панели

Подготовка солнечной панели к установке

Проверка мини-электростанции после доставки

Открепление преобразователя от солнечной батареи

Крепление солнечного модуля на подставке

Перемещение мини-электростанции на крышу

Расположение солнечной панели на крыше

Модульный принцип сборки панелей

Эффективность преобразования солнечной энергии с помощью этой установки составляет от 5% до 20%, в зависимости от типа используемого устройства. Производительность одного квадратного метра солнечной батареи достигает 120 Вт.

Следует подсчитать, какая площадь солнечных панелей потребуется для удовлетворения нужд конкретного домохозяйства, принимая во внимание размеры жилья, потребности в отоплении и уровень теплоизоляции.

Наиболее удобно устанавливать солнечные батареи на крыше дома, предпочтительно на южном скате.

Для отопления солнечные панели наиболее эффективны в южных регионах. Однако их главными недостатками являются снижение продуктивности в условиях слабого света и плохой погоды, а также полное отсутствие работы в ночное время.

Для создания солнечной батареи своими руками необходимо сначала собрать каркас, припаять солнечные элементы, затем аккуратно все уложить и обработать герметиком.

Для каркаса можно использовать деревянные рейки или алюминиевые уголки. Все зависит от размеров собираемой конструкции и места её установки. Солнечные элементы – кремниевые пластины – являются наиболее затратной частью конструкции, и существуют два их типа: монокристаллические и поликристаллические. Первые, хоть и стоят дороже, имеют на 5% большую эффективность.

Создать солнечные элементы самостоятельно не представляется возможным. Фотоэлектрические преобразователи лучше всего приобретать с уже припаянными проводниками.

Элементы будут установлены на основе из ДВП, затем закреплены в каркасе, провода выведены наружу, а все отверстия обработаны герметиком. Конструкции нужно дать возможность хорошо высохнуть, после чего накрыть стеклянной или пластиковой крышкой.

Схемы установки и способы подключения солнечных панелей изложены в данной статье.

Солнечные коллекторы

Коллекторы работают на совершенно другом принципе, преобразуя поглощенный свет в теплоту с помощью теплоносителя, проходящего по трубам.

По конструкции выделяют три основных вида коллекторов, наиболее часто используемых для создания солнечной системы отопления:

• Плоские. Теплоприемник, сделанный из металлического листа с черной наружной поверхностью, нагревается и передает энергию теплоносителю отопительной системы.
• Вакуумные. Коллекторная система вакуумного типа, работающая по принципу термоса, сохраняет полученное от солнца тепло практически в два раза лучше.
• Концентраторы. Оснащенные вогнутым зеркалом большого размера, которые фокусируют солнечные лучи на небольшой площади абсорбера.

В быту наиболее распространены гелиосистемы с трубками, соединенными параллельно или в виде змеевика. В трубках может находиться как техническая вода, так и смесь воды с незамерзающей жидкостью или воздухом.

Представив основные компоненты гелиоустановки, можно легче определить лучшее место для их установки.

Воздушная установка может служить дополнительным источником тепла, однако полностью обеспечить дом теплом в любых условиях она не сможет. Основная особенность этого типа гелиосистемы заключается в том, что воздух выступает в роли теплоносителя.

Трубчатые системы активно используются для кругогодичного отопления. Под солнечными лучами антифриз или его смесь нагреваются, далее проходят через внутренние теплообменные трубки, и направляются в накопительный бак.

Движение жидкости обеспечивается насосом, который распределяет её из бака в систему отопления. Разогретый теплоноситель поднимает остывшую часть жидкости, которая снова возвращается в коллектор для повторного нагрева.

Принцип работы плоской гелиосистемы основывается на проникновении солнечного света в панель, где находится теплоприемник. Он нагревается и передает тепло жидкости, циркулирующей по металлическим трубкам (чаще всего медным).

Что можно соорудить своими силами?

Создать солнечную систему отопления с использованием воздушного коллектора можно самостоятельно. Оптимальное место для её установки – южная стена здания.

Чем больше площадь отапливаемого помещения, тем больший размер должен иметь коллектор – возможно, он займет всю стену. Также эту гелиосистему можно расположить на чердаке.

При установке системы воздушного отопления на чердаке необходимо убедиться, что конструкция выдержит её вес.

Гелиоколлектор, нагревающий воздушную массу, осуществляет свои внутренние функции кормлением потоками воздуха, циркулирующими внутри системы. Теплоноситель проходит по контуру, охлаждается и снова возвращается в систему. Движение воздуха может происходить естественно или с помощью вентилятора.

В плане материалов для создания воздушного коллектора можно использовать разные доступные ресурсы. Четких требований нет.

Мастера-умельцы модифицируют этот тип гелиосистемы, собиая её самостоятельно. Кто-то стремится снизить расходы, жертвуя эффективностью, другие наоборот.

Поняв базовые компоненты воздушного коллектора, проще определить место для его монтажа – на крыше или стене.

Теперь рассмотрим основные методы.

Характеристики установки трубчатой гелиосистемы

Гелиосистема трубчатого типа для отопления может применяться в любых климатических условиях. Она не зависит от температуры внешней среды. Главное условие – максимальное количество солнечного света на установку.

Используемый для передачи тепла антифриз не замерзает при низких температурах. В солнечные зимние дни светового потока бывает больше, чем летом.

Трубчатый солнечный коллектор состоит из прозрачных вакуумных трубок, соединённых друг с другом. Внутри находится вещество с низкой температурой кипения. При нагревании оно испаряется, передает тепло медному наконечнику и стекает вниз, создавая замкнутый процесс.

Вакуумные трубки из огнеупорного стекла заполнены веществом, которое начинает закипать при низких температурах.

Эти трубки поглощают до 90% солнечного излучения (как видимого, так и инфракрасного). Преобразованная солнечная энергия передается теплоносителю, который далее движется к теплообменнику в специальном накопительном баке.

Движение теплоносителя и воды в системах отопления происходит благодаря насосам. Важно обеспечить хорошую теплоизоляцию для накопительного бака. Обычно используются два теплообменника: один соединяется с дополнительным нагревателем, а другой – с коллекторами.

В домах со стольким типом солнечных установок выгодно дополнительно подключить систему теплых полов для более эффективного отопления.

Что касается монтажа трубчатых коллекторов, его можно выполнить своими силами, но нужно учитывать угол наклона – он должен составлять минимум 20°.

Трубчатый солнечный коллектор устанавливается на крыше, в сторону, получающую больше всего солнечного света. Важно, чтобы рядом не было высоких зданий, которые будут затенять установку.

Собрать вакуумную установку самостоятельно невозможно, так как изготовление вакуумных трубок требует заводских технологий.

Плоский солнечный коллектор

Для отопления также популярны плоские гелиоколлекторы.

Для их изготовления понадобятся:

• металлическая рама;
• прочное дно;
• слой теплоизоляции;
• слой абсорбера солнечного света черного цвета;
• прозрачная крышка (из пластика или стекла);
• трубки для проведения жидкости (медь или алюминий).

Конструкция должна иметь входные и выходные патрубки и насос для обеспечения эффективной циркуляции жидкости.

Собрать плоский гелиоколлектор можно самостоятельно, используя доступные материалы и выбирая более дешевые аналоги.

Плоский коллектор можно устанавливать под любым углом, но необходимо следить за его чистотой и очищать от снега и пыли. Он особенно эффективен в теплых климатических условиях.

В зимний период наблюдается значительное снижение продуктивности и учащенные теплопотери. Это вызывает сомнения в том, что можно полагаться исключительно на одну солнечную систему для полноценного обогрева. Наилучшим решением будет комбинация плоской солнечной установки с системой отопления, использующей газ, электричество или твердое топливо.

Предлагаем вам ознакомиться с материалами о самостоятельной сборке солнечных отопительных систем:

1. Как создать солнечный коллектор для отопления своими руками — подробная инструкция
2. Этапы сборки солнечной панели своими руками: методы и монтаж

Еще раз про целесообразность

Использование солнечной энергии для обогрева в отличие от традиционных источников обусловлено экономической выгодой. В зависимости от типа выбранной гелиосистемы, вы можете снизить затраты на закупаемое тепло до 100%.

Радикальным решением может стать полное замещение традиционной системы отопления использованием коллекторов с вакуумными трубками. Хотя это дорогостоящий проект в начале, впоследствии он может обеспечить абсолютную энергетическую независимость и окупиться за 6-8 лет.

Выдумка домашних мастеров не знает пределов: в качестве элемента для циркуляции жидкости внутри коллектора можно использовать обычный шланг.

Срок службы солнечных установок достигает 25 лет. Они не требуют сложного ухода — достаточно периодически очищать их поверхности от снега, пыли и мусора. Ремонт также можно осуществлять своими силами. Главное минус в том, что плоские коллекторы и солнечные панели невыносливы к ураганным ветрам.

Такая система отопления безопасна как для жильцов дома, так и для окружающей экологии. Она абсолютно бесплатна и не зависит от курсов валют или цен на энергоресурсы.

Выводы и полезное видео по теме

В следующем видео вы сможете увидеть, как самостоятельно изготовить солнечную батарею:

Посмотрите наглядное руководство по созданию воздушной системы отопления:

Процесс изготовления плоской солнечной установки своими руками:

Солнечные системы отопления зарекомендовали себя по всему миру. Они позволяют получать тепло без затрат, снижая расходы на коммунальные платежи за отопление минимум на 30%.

Существует возможность полного замещения традиционных энергоресурсов солнечной энергией в вашей системе отопления. Еще одним важным преимуществом является то, что гелиоустановку можно собрать самостоятельно.

Имеете опыт создания или использования солнечных систем отопления? Делитесь своими знаниями, задавайте вопросы и участвуйте в обсуждениях. Форма для комментариев размещена ниже.