Солнечный обогреватель для дома


Отопление дома с каждым годом становится всё дороже и дороже, причем на повышение тарифов не отражается даже падение цен нефти на мировых биржах. Постоянно растущая цена калории тепла, полученного от традиционного источника, начинает подталкивать простого обывателя к альтернативным источникам обогрева. Хотя о полном отказе от центрального отопления пока не может идти речи, но обогреть небольшую отдельно стоящую теплицу или ее аналог на балконе либо подогревать воду в бассейне с использованием солнечных батарей уже вполне технически по силам.

Теплица на солнечных батареях Устройство обогревателя на солнечных батареях

Устройство такой системы будет состоять из источника электроэнергии – панелей солнечных батарей, инвертора, блока управления, аккумулятора и непосредственно нагревательного элемента. В роли нагревателя подойдет любой конвектор подходящей мощности. Его делать своими руками нет смысла. Загвоздка состоит в источнике питания — солнечных батареях. На них и акцентируем свое внимание.


Наиболее доступные солнечные панели выпускаются трех видов — это пластины на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии (с-Si) и пленочные панели аморфного кремния(а-Si). Самые эффективные солнечные источники электрической энергии делаются на основе монокристаллов кремния, которым достижима цифра в 25% КПД. Но они более трудоемки в изготовлении и как следствие имеют самую высокую цену за 1 м2 площади. Проще в изготовлении и доступней в цене являются пластины из поликристаллического кремния, но они имеют показатель КПД значительно ниже в 14-17%. Самыми применяемыми становятся пленочные солнечные батареи с использованием аморфного кремния, который хоть и имеет самый низкий КПД всего 8-10%, но отличается от аналогов сравнительно небольшой стоимостью за единицу площади и способен вырабатывать электроэнергию даже при рассеянном свете.Устройство солнечного обогрева

Стоимость затрат за 1 Вт выработанной мощности для пластин солнечных батарей на монокристаллическом или поликристаллическом кремнии, устанавливаемых на южную сторону крыши, составляет на сегодня 6-9 долларов, для пленочных 4-5 долларов. При этом аналитики обещают ее снижение до весьма доступных 1-3 долларов за ватт.


Так как поток солнечных лучей непостоянен в течение дня, нам необходим инвертор – прибор, преобразующий разно потенциальный постоянный ток, полученный на солнечных батареях в переменный ток установленного потенциала синусоидальной формы для использования на бытовых приборах. В нашем случае все приборы работают с сетью 220 В и 50 Гц.

Стоимость

Сравним цены на предлагаемые полностью готовые небольшие комплекты солнечных источников электроэнергии:

  • поликристаллическая панель с мощностью 100 Вт размерами 1250 х 808 х 35 мм в готовом комплекте будет стоить 19800 рублей;
  • монокристаллическая панель с такой же мощностью в 100 Вт, но размерами 1160 х 670 х 35 в готовом комплекте будет стоить 28800 рублей;
  • аналогичная пленочная батарея от китайского производителя обойдется вам в 14320 рублей за комплект при размерах 1300 х 1100 x 3 мм.

Китайская солнечная батарея

Приведены средние цены, наиболее хорошо представленные на Российском рынке от таких производителей как международная корпорация «Kyocera Group», германско-швейцарско-финская компания «Naps Solar Group» и несомненный лидер продаж – китайская корпорация «Jinko Solar Holding Co».


Обогреватель на солнечных батареях своими руками

Взвесив все за и против, мы всегда можем своими руками соорудить альтернативную систему отопление на солнечных батареях для существующего дома.

Для начала произведем строительный расчет: площадь южной половины крыши среднего дома размерами 8 на 10 м составляет примерно 66 м2. Взяв площадь ранее приведенной пленочной солнечной батареи для получения 100 ватт электроэнергии у нас должна быть площадь в 1,4 м2, таким образом, получим, что на всю крышу уместиться 46 комплектов. Сорок шесть батарей по 100 Вт каждая – в итоге должно получиться 4,6 кВт, учитывая, что любой электрический прибор должен бесконечно долго работать при 70% нагрузки выбираем инвертор на 6 кВт мощности.

Если взять более дорогую солнечную панель, то на имеющейся как у нас площади можно собрать набор на 6 или 10 кВт мощности.

Приступаем к монтажу. Если же у вас шиферный тип покрытия необходимо сначала обустроить  обрешетку и закрепить на ней любые недорогие пластиковые плоские листы – это будет основанием для панелей солнечных батарей.Обрешетка для солнечных панелей

Монтируем панели и подключаем их к электрической цепи, далее все это мы выводим через АКБ на инвертор. Все, подключаем непосредственно электрические нагреватели и процесс альтернативного обогрева пошел.


Итого полноценный обогреватель на солнечных батареях нам обойдется:

 Останется только посчитать стоимость всего оборудования:

— панели обойдутся минимум в 700 000 руб.,

— крепление и сопутствующие материалы обойдутся в 60 т. руб.,

— инвертор на 6 кВт будет стоить минимум 50 000 рублей.

Получаем всего по минимуму сумму в 810 тысяч рублей и по самым радужным прикидкам 7-10 лет окупаемости, что для инновационных технологий является вполне живым сроком.

stronews.ru

Способы использования солнечной энергии

Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.

Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.

Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.

Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.


Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.

Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:

  • Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
  • Автономность. Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
  • Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.

Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).

Пользователи отмечают следующие недостатки:

  • высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
  • прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
  • обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).

Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.

Солнечная энергия для отопления

Главное назначение фотоэлементов, аккумулирующих энергию, состоит в обеспечении дома электричеством. Чтобы включить их в схему устройства отопительной системы и добиться оптимального функционирования, необходимо собрать цепь с накопительным баком. Именно в нем будет происходить нагрев воды, которая, достигнув определенной температуры, заполнит трубы и радиаторы в требующих обогрева помещениях (гостиной, ванной).

Попробуем разобрать конструктивные особенности солнечных батарей и определить их потенциальную роль в системе обогрева.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Существует три распространенных вида элементов для устройства солнечных батарей:


  • Монокристаллические. Это тонкие пластины наиболее чистого кремния, нарезанные из выращенного в искусственных условиях кристалла. Самая производительная разновидность с КПД около 17-18 %. Оптимальная температура для эксплуатации – от 5 ºС до 25 ºС.
  • Поликристаллические. Изготовлены из пластин, полученных при постепенном охлаждении кремниевого расплава. Технологиях их производства менее трудоемкая, но и КПД фотоэлектрических элементов из поликристалла существенно ниже — не более 12 %.
  • Аморфные. Они же пленочные. Изготовлены методом испарительной фазы, в результате которого кремний в виде тонкой пленки оседает на полимерной гибкой основе. Самый дешевый производственный способ сочетается с намой низкой производительностью, исчисляемой до 7 %.

Для установки автономных отопительных систем в северных регионах наиболее подходящим вариантом считают фотоэлектрические батареи, собранные из монокристаллических элементов. Однако батареи с аморфными модулями проще в установке, практически не требовательны к основанию и гораздо дешевле.


Задача внешних элементов – поглощать и преобразовывать солнечные лучи. Высвобожденная энергия поступает дальше и концентрируется в аккумулирующем накопителе. Небольшой элемент дает около 100-250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 м² обеспечивает электричеством небольшой домик. Для устройства системы обогрева потребуется энергии в 2-3 раза больше.

В роли преобразователя постоянного тока солнечного «производства» в электричество выступает инвертор, так как для работы бытовых электроприборов и светильников необходим переменный ток. Если говорить конкретно об отопительной системе, то электрический котел для нагрева воды также работает на переменном токе. Для обеспечения жилища светом ночью потребуются аккумуляторы, сохраняющие дневные запасы.

Эффективность использования фотоэлементов

Проще всего приобрести солнечные коллекторы и применить одну из простых, проверенных годами схем. Однако обстоятельства порой диктуют свои условия. Предположим, у вас есть отличная функционирующая рабочая система с солнечным генератором, но пока она служит для подачи электричества и обеспечения дома горячей водой.

Понятно, что покупать новое оборудование невыгодно, поэтому легче увеличить мощности, прикупив некоторое количество фотоэлектрических преобразователей. Бюджетный вариант – кремниевые панели с производительностью до 23-25%. К источнику тока необходимо подключить отопительный прибор, работающий на электричестве. Универсальный вариант – котел, оснащенный распределительной разводкой.


Если правильно организовать подачу электроэнергии, ее должно хватить и для горячего водоснабжения, и для отопления. Существуют примеры, когда дом полностью обеспечен теплом – его можно узнать по крыше, практически полностью покрытой панелями. Иногда требуется возведение специальных отдельно стоящих конструкций, если площади кровли не хватает. Получается, что для увеличения мощности необходима дополнительная свободная площадь.

Даже самые тщательные подсчеты не помогут вам определить точное количество потенциальной энергии и оперативно создать эффективную, отлаженную систему. Дело в том, что на практике возникают препятствия, появление которых предугадать достаточно сложно. Вот некоторые из факторов:

  • Непостоянство погоды. Четкое количество солнечных дней неизвестно даже в южных областях. Достоверно предсказать их число в северных районах практически невозможно.
  • Нерегулярность получения электричества. Например, в северных регионах зимой короткий световой день, поэтому много переработанной солнечной энергии уходит на освещение. К тому же интенсивность солнечного излучения в зимний период существенно уменьшается.
  • Периодические поломки. Как и все технические системы солнечные панели могут время от времени выходить из строя из-за повреждения отдельных элементов, контрактных соединений, защитной поверхности и т.д.

Следовательно, об эффективности вы можете узнать лишь через определенный промежуток времени, минимум – через год. Возможно, придется увеличить количество фотоэлементов или аккумуляторов, продумать дополнительную теплоизоляцию дома, уменьшить отапливаемую территорию. Предположим, в северных районах Германии в целях экономии спальни часто не отапливаются вообще.

Схема установки домашней электростанции

Самый простой способ установки солнечного генератора – обращение в компанию, реализующую системные компоненты и предлагающую услуги по их монтажу. Плюсы – профессиональный проект с учетом индивидуальных особенностей, гарантия на всю продукцию и установку, минус – высокая стоимость. Если вы имеете соответствующий опыт, можете самостоятельно собрать мини-электростанцию с солнечными батареями для отопления частного дома.

Все детали для сборки системы отопления продаются в специализированных магазинах. Необходимо приобрести следующие компоненты:

  • комплект кремниевых или пленочных солнечных модулей;
  • аккумуляторную батарею, накапливающую энергию;
  • контроллер заряда, регулирующий процесс зарядки-разрядки аккумулятора;
  • инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
  • набор соединяющих кабелей.

Желательно, чтобы аккумуляторы были одинаковыми (с учетом марки, емкости и даже партии) и имели возможность хранить энергию на протяжении 3-4 дней. Продолжительность их работы зависит от температуры помещения – в холодных условиях они быстро разряжаются. Если суточное потребление равно 2400 Вт-ч, необходимы батареи общей емкостью не менее 1000 А-ч.

Качество тока, вырабатываемого синусоидальными инверторами для солнечных систем, выше показателей тока из централизованной сети. Особенность оборудования состоит в синхронизации фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В осуществляется без перерыва в функционировании бытовых электрических приборов.

После монтажа всех элементов солнечной системы необходимо к инвертору подключить электрический бак, нагревающий воду, а к баку, в свою очередь, трубопровод отопления.

Коллекторная система отопления

Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами. Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.

Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.

Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.

Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.

Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.

Теплообменники также бывают разными:

  • система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
  • обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.

Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции. Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.

Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Метод увеличения производительности

Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.

Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

  • Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
  • Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
  • Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы. Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Выводы и полезное видео по теме

Тематические видеоролики помогут вам лучше представить устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты монтажа оборудования.

Доступно изложенная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:

Полезный опыт использования солнечных батарей в Подмосковье:

Пример успешно работающей солнечной станции, полностью собранной самостоятельно, обеспечивающей и ГВС, и отопление дома:

Как видите, отопительная система на солнечных батареях – вполне реальное явление, которое вы можете самостоятельно воплотить в жизнь. Сфера альтернативных способов получения энергии развивается постоянно, возможно, завтра вы услышите о новом открытии.

sovet-ingenera.com

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;

  • 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.

ultra-term.ru

Разновидности использования солнечной энергии

Лучи света – это, по своей сути, даровая энергия, тогда почему ее использование не поставлено на поток?

Для того чтобы разобраться в этом, рассмотрим трудности с которыми придется столкнуться при использовании солнечной энергии в том или ином виде.

Самым распространенным видом преобразования энергии солнца является использование кремниевых пластин для превращения ее в электрический ток.

Впервые масштабно это применилось в бухгалтерских калькуляторах. Они подзаряжали небольшую аккумуляторную батарею, которой хватало для работы портативной ЭВМ.

Кремниевые пластины работают по принципу П-Н перехода.

Не вдаваясь в подробности физических процессов, опишем лишь, что солнечные лучи катализируют процесс перехода заряженных электронов между слоями и тем самым возникает электрический ток.

По причине низкой эффективности таких солнечных элементов и дороговизны сопутствующих микропроцессорных устройств, данный вид получения энергии не получил широкого распространения. Доля солнечной энергетики менее 10 процентов.

Вторым методом получения энергии является прямое получение солнечного тепла. Устройство, которое непосредственно отвечает за процесс преобразования и аккумулирования тепла, называется солнечным коллектором. Коллекторы конструктивно намного проще и дешевле электрической энергии, но сохраняют тепло намного сложнее нежели электрическую энергию.

Процесс нагрева теплоносителя до нужной температуры происходит за счет специальных трубок-радиаторов. По своей сути он схож с обычным тепловым радиатором в квартире, но только он работает наоборот.

Принцип работы солнечного коллектора

Различают два типа солнечного коллектора, и принадлежность их к тому или иному типу зависит от применяемого теплоносителя.

Первый вид использует в качестве рабочей материи воздух. Нагреваясь на солнце, решетки нагревают холодный воздух, который поступает снизу через специальный патрубок. Нагреваясь, воздух расширяется и поднимается выше.

Пройдя сквозь весь коллектор, выходит нагретым до заданной температуры через верхний патрубок. Далее циркулируя по комнате, охлаждается и опускается на уровень пола. В нижнем слое он снова попадает в коллектор, и цикл замыкается.

Данный вид не получил большого распространения, по нескольким причинам:

  • малый коэффициент полезного действия;
  • эффективно работает только днем;
  • требует больших габаритов коллектора для достижения приемлемой мощности нагрева.

Для того чтобы повысить КПД коллектора, в качестве теплоносителя начали использовать воду. Данный теплоноситель, циркулируя внутри коллектора, нагревается и попадет по трубопроводу в любое место в квартире. Также может применяться для нагрева воды в системе водоснабжения.

Для эффективного и быстрого нагревания, нагревательные пластины коллектора окрашиваются в черный цвет или же специальным полимерным веществом. Окраска должна быть такой, чтобы максимально поглощать солнечные лучи.

Подобным принципом работает летний душ, который многие устанавливают на даче. В качестве коллектора служит бак с водой, окрашенный в черный цвет. В течение дня он нагревается и это дает возможность без особых затрат принять теплый душ.

Устройство воздушного коллектора

Коллектор состоит из каркаса, стального профиля в форме волны и защитного стекла. Корпус воздушного коллектора работающего на энергии солнца изготавливают обычно прямоугольной формы (стандартные размеры составляют два метра в ширину и два метра двадцать сантиметров в длину).
Нагревательные элементы имеют форму волны, так как это позволяет увеличить рабочую площадь, которая поглощает солнечную энергию.

К тому же, это дает возможность увеличить длину пути, проходящего воздуха, что дает некоторое увеличение мощности установки. Защитное стекло позволяет уменьшить потери рассеиваемой энергии и отгораживает систему от воздействия внешней среды.

Таким образом, можно подвести итог воздушного обогревателя на солнечной энергии. Конструкция очень простая, если не сказать примитивная, что позволяет вполне спокойно изготовить ее своими руками. В качестве корпуса подойдет старая люстра с трубчатыми люминесцентными лампами. Из нее удаляется все лишнее.

Понадобиться только стальной корпус. Далее герметизируем все технологические отверстия, утепляем. Окрашиваем в матовый черный цвет.

Изготовить поглотитель солнечных лучей можно из профильного листа с большой волной или из сэндвич-панели с предварительно удаленным утеплителем. Стекло клеится при помощи силиконового клея. В нижнюю и верхнюю части корпуса устанавливаются патрубки для подвода холодного и отвода теплого воздуха.

Устройство водяного коллектора

Конструктивно водяной коллектор похож на воздушный солнечный обогреватель, за исключением того, что теплоприемник изготавливается из специальных труб с ребрами жесткости, которые увеличивают площадь принимаемого тела.

Такой коллектор изготовить намного сложнее. Рассмотрим в разрезе солнечный коллектор, который изготавливается в промышленном варианте. Состоит он из четырех основных частей:

  • кофр – в нем находятся все элементы нагревателя (корпус устройства);
  • абсорбер — элемент, принимающий тепловою энергию солнца, и передающий его теплоносителю;
  • теплоизолирующий слой – предотвращает, потери накопленной тепловой энергии;
  • теплоноситель.

Такое устройство имеет хорошие технические характеристики, при размере кофра два на два метра, он способен за 15 минут нагреть три литра теплоносителя до температуры в 100-150 градусов. Это означает, что на выходе будет насыщенный пар. Впечатляет, не правда ли?

Такая эффективность достигается за счет нанесения на абсорбер специального вещества, называемого у специалистов селективным покрытием. Оно имеет синеватый оттенок, хотя казалось бы, должна быть черного цвета. У черного цвета есть свой предел поглощения. В отличие от краски такое покрытие имеет коэффициент поглощения близкий к максимальному значению, то есть 95%.

Область применения плоских коллекторов

Устанавливают такие устройства на крыши частных домов. Этим достигается максимальная экономия места, и устройство ничто не затеняет. Защитный кофр надежно защищает от осадков, внутренние узлы устройства такой конвектор используется для отопления внутреннего пространства жилых помещений, а также для нагрева горячего водоснабжения. Устанавливать можно несколько таких устройств соединенных параллельно, что увеличивает приведенную мощность.

Несмотря на такие достоинства, как полная энергетическая независимость и использования бесплатного возобновляемого вида энергии, у него есть серьезные недостатки. Самым главным из них является полная зависимость от интенсивности солнечного излучения. Если погода пасмурная, что часто бывает в зимнее время, то тепла ждать не стоит, такой же эффект будет и в ночное время суток.

На параметр мощности влияет и широта использования устройства. Солнце имеет свойство на разных широтах иметь различные углы освещения, чем ниже от горизонта оно находится, тем менее интенсивно оно светит.

Тем не менее, данный вид возобновляемой энергии является одним из перспективных, так как ветровая энергетика крайне наукоемкая, а использование энергии отливов имеет узкую специализацию.

uteplenievdome.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.