Солнечное отопление частного дома своими руками

Гелиосистемы экономически выгодны. Даже с учетом высокой стоимости, первоначальные затраты, при всесезонном применении окупятся за 2-3 года. Системы солнечного отопления частных домов не предназначены для автономной работы. Коллекторы компенсируют только часть необходимого для обогрева тепла, позволяя сэкономить за отопительный сезон до 300 м³ газа и до 4 м³ дров. Если использовать энергию Солнца только для отопления, окупаемость составит 6-7 лет.

У альтернативного отопления частного загородного дома существуют свои недостатки и преимущества. Перед покупкой и подключением требуется изготовление грамотного проекта и проведение теплотехнических расчетов.

Можно ли обогреть дом солнцем

Несмотря на передовые технологии и инновации, до сих пор полноценное отопление гелиосистемами не представляется возможным. Причина проста. Солнце светит только днем. Ночью солнечное излучение отсутствует. Соответственно солнечные коллекторы для отопления будут работать исключительно в светлое время суток. Хотя в пасмурную погоду гелиопанели продолжат работать, теплоотдача существенно уменьшится.

На теплоэффективность во многом влияет интенсивность ультрафиолетового излучения. В районах крайнего севера мощность и теплоотдача солнечного коллектора будет меньшей, чем в регионах с умеренным климатом.

Отопление на солнечных батареях используется исключительно как дополнительный источник тепла. Принцип работы коллектора основан на преобразовании ультрафиолетового излучения в тепловую энергию.

Получаемое тепло направляется в аккумулирующий бак, буферную емкость, установленную внутри здания. В воздушных системах жидкостный теплоноситель отсутствует. В помещение, при помощи вентиляторов нагнетаются разогретые воздушные массы.

Если учесть, что эффективность гелиоколлекторов зимой существенно снижается, автономное отопление дома требует правильных расчетов. Специалисты рекомендуют на этапе планирования установить в здание источник тепла на традиционных энергоносителях (газ, дрова, пеллеты, уголь, дизтопливо, электричество), способный удовлетворить потребность здания в обогреве и ГВС на 100%. Гелиосистема будет использовать солнечную энергию и частично компенсировать затраты с разной эффективностью, в зависимости от месяца года.

Чтобы определить стоит ли устанавливать альтернативное отопление частного дома, стоит обратить внимание на существующие преимущества и недостатки солнечных коллекторов. При составлении таблицы плюсов и минусов, нужно учитывать реальные отзывы о гелиосистемах оставленные пользователями:

Недостатки — главным минусом остается высокая стоимость (стоит отметить, что с появлением коллекторов российского производства, солнечные системы отопления стали экономически доступнее). Существует еще несколько минусов:
сезонность — солнечные коллекторы с вакуумными термотрубками эффективны до температуры окружающей среды –50°С. Вакуумный гелиоколлекторы продолжат работать до тех пор, пока антифриз в теплообменнике не замерзнет. Солнечные панельные коллекторы работают при температуре до –25°С.

Преимущества — рекордно низкие температуры в средних широтах редки. На весь отопительный сезон приходится не более недельного периода, когда коллекторы перестают работать. При правильном подборе оборудования и расчетах удастся подобрать готовое решение, способное по максимуму компенсировать потребности жилого здания в тепле. Для средних широт компенсация энергозатрат достигает 20-30%. Дополнительные плюсы:
срок эксплуатации от 30 до 50 лет;

Выше описаны общие преимущества и недостатки для любой системы отопления частного дома от солнечной энергии. У каждого типа гелиоколлекторов, воздушных и жидкостных, есть присущие им особенности, влияющие на окупаемость автономного обогрева.

Виды отопления от солнца

Существует несколько типов солнечных батарей. Главное отличие между гелиоколлекторами, используемый принцип работы. Типы солнечного отопления делятся на греющие воду или теплоноситель и нагревающие воздух.

Принцип работы влияет на теплоэффективность, особенности эксплуатации и подключения. Гелиопанели отличаются внутренним устройством, обвязкой, функциональными возможностями.

Отопление на водяных коллекторах

В основе работы лежит принудительная циркуляция теплоносителя. Отопление частного дома солнечными панелями происходит в следующем порядке:

абсорбер аккумулирует тепло;

В описанной схеме через буферную емкость закольцовано отопление и ГВС, и солнечный водонагреватель. Гелиоколлектор не сможет работать без накопительного бака. Для автоматизации отопления используется блок управления, регулирующий скорость циркуляции теплоносителя в зависимости от интенсивности нагрева.

Обогрев осуществляется гелиосистемами двух типов. Каждая отличается особенностями эксплуатации и техническими характеристиками:

Использование солнечных трубчатых коллекторов в системах отопления — оптимальный всесезонный вариант в условиях холодного климата, подходят для водяного радиаторного отопления и систем теплых полов, удовлетворения потребностей в ГВС. Теплопотери снижены за счет того, что теплопередающие элементы находятся в вакуумных трубках.
Отопление дома солнечными вакуумными коллекторами зимой более эффективно, чем обогрев с использованием гелиопанелей. Внутри колбы коллектора, при условии отсутствия съема тепла, максимальная температура достигает 280-300°С, контролируемая модулем, предотвращающим закипание теплоносителя.

Неотъемлемая часть гелиоколлекторов панельного и трубчатого типа — бойлер косвенного нагрева. Внутри емкости расположено два змеевика. Основной теплообменник подключен к котлу. Второй змеевик накопительного бака теплоаккумулятора предназначен для системы солнечного отопления.

В БКН или теплоаккумуляторе используется принцип косвенного нагрева. Основной источник нагрева воды, находящейся в буферной емкости, это отопительный котел. Гелиоколлекторы дополняют определенный запас тепла. При достижении заданной температуры в баке подача теплоносителя на нагрев прекращается.

Обогрев воздушными гелиосистемами

Принцип работы отличается тем, что в качестве теплоносителя используется горячий воздух. Внутреннее устройство воздушного коллектора во многом напоминает гелиосистемы панельного типа. Исключение составляет то, что абсорбер не соединяется с контуром отопления. Фактически, это обычный воздухонагреватель или конвектор. Воздух в помещение направляется посредством вентиляторов и гофрированных каналов.

Отопление в частном доме от воздушных коллекторов отличается быстрой окупаемостью и высокой теплоэффективностью. Единственный минус в том, что от системы воздухогрейного типа нельзя обеспечить потребности ГВС. Хотя существует несколько технических решений этого вопроса, но все они с низким КПД.

Одна из современных разработок: дом с пассивным обогревом или «солнечная стена». Абсорбером в этом случае выступает наружная стена здания, защищенная от внешней среды стеклом. Стена в течение всего дня аккумулирует тепло и затем ночью отдает его в отапливаемые помещения. Смотрится такая гелиоустановка современно и отличается хорошей теплоотдачей.

Тепловое аккумулирование используется не только для обогрева, но и охлаждения помещений. В летнее время года за счет солнечных батарей вентиляторы работают в режиме кондиционирования.

Что эффективнее — воздушный коллектор или водяной

Все зависит от того, какие цели ставит перед собой владелец частного дома. Сравнение солнечных водонагревателей с воздухогрейными конвекторами покажет следующее:

Эффективность зимой — панельные и вакуумные гелиосистемы предназначены для нагрева воды ГВС и отопления. После наступления холодов теплоэффективность коллекторов падает.
Панельные системы прекращают аккумуляцию тепла при –25°С. Трубчатые , хотя и с минимальной эффективностью, продолжают работать до –50°С.

Воздушный коллектор в первую очередь предназначен для обогрева помещений. Зимой гелиосистема воздушного типа продолжает отапливать здание. Отсутствие жидкостного теплоносителя позволяет коллектору работать при любой температуре.

Эффективность солнечного воздушного отопления можно увидеть в том, что полная окупаемость наступает уже через 1-2 года эксплуатации. При этом коллекторы работают на отопление, кондиционирование и поддержание необходимого микроклимата в доме.

Как сделать солнечный обогрев в своем доме

Для начала следует учесть, что гелиосистема не устанавливается одна по себе. Для нормального обогрева здания потребуется ее одновременная работа с отопительным котлом.

Необходимо изначально установить основной источник тепла — котел, из расчёта 100% покрытия всех теплозатрат здания. Только после этого приступают к расчету коллекторов.

Расчет гелиосистемы

Теплоотдача у водогрейных вакуумных и панельных коллекторов, а также воздухонагревателей, использующих энергию солнца разная. Соответственно нет единой системы расчетов. Для удобства можно воспользоваться специальными онлайн калькуляторами.

Примеры самостоятельных расчетов:

Воздушные гелиосистемы — дадут 1,5 кВт тепловой энергии на каждый 1 м² поверхности коллектора. Дом на 100 м² будет полноценно отапливаться при помощи 4 воздухонагревателей, общей площадью 8 м².

Таблица выбора бойлера косвенного нагрева и площади солнечного коллектора:

Уведомления

Никто не даст лучшей оценки, чем те, кто попробовал технологию на себе. Остались ли довольны решением пользователи солнечных батарей? Узнаем, что об этом рассказывают пользователи сети.

Грид-инверторы, используемые для работы батарей, не требуют аккумуляторов, которые являются слабым звеном в альтернативном электроснабжении.
Электроэнергия вырабатывается в режиме реального времени сразу же попадает в сеть.
Теоретические расчеты полностью соответствуют действительности, что проверено на практике. Это позволяет планировать расходы на приобретение батарей

Однако важно делать поправку на облачность.

О чем молчат продавцы солнечных батарей

Если прогуляться по форумам и отзывам, то можно найти такие предостережения от счастливых владельцев солнечных батарей.

1. Панели для работы требуют грид-инвертора: при покупке панелей нужно согласовывать напряжение инвертора и панелей на совместимость.

К примеру, для работы двух панелей, каждая на 100 Ватт, потребуется инвертор на 300-500 Ватт.

Китайские и обычно довольно качественные инверторы все же часто указывают на корпусе мощность, не соответствующую действительности. Будьте внимательны во время покупки и уточняйте детали. Устройство работает при наличии напряжении в сети, поэтому не может быть резервным источником питания.
Если электричество не расходуется сразу, оно передается обратно в сеть. Счетчик при этом крутит то вперед, то назад. Это непривычно и не учитывается многими счетчиками. Есть риск оплаты отдаваемой назад энергии

Важно учитывать тип счетчика и заложить в расчеты стоимость его замены.
Если в вашей местности часто облачность, важно учитывать ее и приравнивать к тени.
Важно учитывать время и усилия на чистку панелей, особенно зимой от снега.

Основной вывод тех, кто приобрел панели в нашей стране – пока что это слишком дорогое удовольствие, которое следует рассматривать как хобби.

Опыт использования солнечных вакуумных коллекторов из других стран

Sub**r, Беларусь

С октября до Нового Года вода в накопителе больше 16 градусов не нагревалась, коллектор задуло снегом, говорят, что установлен неправильно. 7 января на улице было -32, но датчики и контроллер показали, что к 12 дня вода нагрелась до +30. Наверное, мало трубок поставил, у нас на бак в 200 литров лучше 30-40 устанавливать.

Собирал все сам, может есть и просчеты, но думаю, что продавцы оборудования лукавят с эффективностью. Хотя для меня это скорее эксперимент, цена и сроки окупаемости не совсем радуют.

Решили заняться продажей солнечных коллекторов и протестировать вакуумный. Поставили коллеге в частном доме. Выбрали из расчета необходимости – для горячей воды, с раздельным баком, который установлен внутри дома. Бак на 135 литров, один коллектор на 12 трубок 58 мм диаметром и 1800 мм длиной.

«Владелец» доволен, так как бак, коллектор, контроллер и блок управления дали ему бесплатно. Остальные расходники сотрудник докупал сам.

С июля до середины октября коллектор нагревал один бак за день до 50 градусов, если постоянно было солнечно – 2 бака. То есть, 135 и 270 литров соответственно. Зимой нагрев идет весьма эффективно, судим по количеству срабатываний насоса на прокачку. С установкой мы ошиблись – большая протяженность труб (около 30 метров), а значит и большие потери. Да и установка датчика неправильная – поставили в коллекторе, а не в баке. Вообще в идеале нужно два ставить, чтобы коррелировать данные через контроллер.

Дмитрий, Беларусь (переслано из комментариев)

Поставили недалеко от дома два вакуумных коллектора по 24 трубки. Для отопления маловато, но на горячую воду хватает. Вода – просто кипяток. Монтажники помогли подключить к системе отопления для подогрева воды, после чего до нужных 70 градусов газовым котлом.

Экономия налицо, расход газа упал на 30-40%. Пройдет зима, посчитаем окупаемость. Единственная проблема – поставили под углом 45 градусов. Подняли в положение ближе к вертикали – производительность выросла. Но температура нагрева зависит от облачности. Также влияют туманы по утрам – в такие дни медленнее прогревается бак. А так, вполне довольны.

Преимущества и недостатки данной технологии

У любой, реально существующей системы, имеются свои плюсы и минусы, есть они и у солнечной электростанции.
К достоинствам можно отнести следующие факторы:

1. Автономность. Качество вашей жизни перестанет зависеть от исправности государственных электросетей. Не секрет, что периодические перебои с электроэнергией изрядно портят нервы. А если вы работаете дома, то автономное энергоснабжение вам просто необходимо, иначе отсутствие электричества может привести не только к моральным, но и к материальным издержкам.
2. Вариативность. Возможность поэтапного наращивания мощности. Не обязательно сразу переводить весь дом на солнечную энергию. Для начала, будет достаточно одной панели и автомобильного аккумулятора, от которых вы с легкостью сможете запитать несколько светодиодных светильников или уличных фонарей. В качестве эксперимента и для приобретения необходимого опыта, можно начать с фонтана на солнечных батареях или электрификации кухни. Постепенно увеличивая мощность системы, можно переходить к более серьезным приборам, например, подключать вентиляторы летом и небольшой обогреватель зимой. А досконально изучив тему, можно приступать к глобальным проектам, перевести отопление на энергию солнца или запитать теплицу.
3. Экологическая безопасность. В процессе производства электрической энергии в окружающую среду не выделяются вредные элементы, а при утилизации вышедших из строя компонентов, не образуются вредные соединения.
4. Законность. Для закупки и установки солнечных панелей на своей крыше или прилегающем к дому участке, вам не потребуется никаких дополнительных разрешений.
5. Долговечность. Если элементы в панелях качественные и подключены правильно, а сами батареи установлены по всем правилам, система прослужит вам не одно десятилетие.

Теперь о недостатках:

При нынешней ситуации с углеродными энергоносителями, переходить на альтернативные источники энергии или нет – вопрос не стоит. Тут главное, определиться, какой из возобновляемых ресурсов подойдет именно вам.
Если информация из этой статьи была вам полезна, поделитесь ей с друзьями и не забудьте подписаться на наш блог, впереди еще много интересного.

Рост популярности применения солнечной энергии

Если вы поищете в интернете, то найдете немало положительных и даже восторженных отзывов о солнечных батареях от тех, кто уже их поставил. Их популярность растет по ряду причин. Например, стоимость использования того же газа или угля постоянно растет, а солнечные электростанции – это отличный резерв энергии для домов в небольших населенных пунктах, где часто отключают электричество. Солнечная энергия – лучшее решение для местностей, где рядом отсутствуют линии электропередач, и провести их нет технической возможности.

В промышленных масштабах производство таких установок налажено в таких странах, как:

• Германия;
• США;
• Китай;
• Украина;
• Россия.

О технологии

Сказать, что это новая технология, было бы неверно. В 1960-м космонавты использовали спутники на солнечных батареях, во времена второй мировой на домах в США было установлено много таких батарей, позволяющих получать энергию от солнца и отапливать за ее счет свои жилища.

Однако внедрить технологию повсеместно было проблематичным – панели фотоэлектрических элементов, отвечающие за преобразование солнечного света в электрическую энергию, представляют собой довольно дорогую технологию. Именно стоимость часто является ключевым фактором при принятии решения.

Очевидно, что для принятия решения необходимо учитывать совокупность факторов. Рассмотрим явные выгоды оснащения дома солнечными батареями:

• Энергия солнца бесплатна и неисчерпаема.
• Энергия солнца – экологически чистая.
• Отсутствуют выбросы парниковых газов.

Используя солнечные батареи, мы практически присоединяемся к «зеленому движению», становимся на путь защиты планеты и получаем бесплатную и бесконечную энергию.

Как же устроена солнечная батарея? Панель состоит из фотоэлектрических ячеек, объединенных общей рамкой. В каждой используется полупроводниковый материал (чаще всего кремний) и электрическое поле. Полупроводник поглощает энергию лучей и нагревается, высвобождает электроны, направляемые электрическим полем в определенном направлении, поток электронов образует электроток. Ток через установленные контакты отправляется в провода и используется по назначению. Сила тока зависит от мощности, производимой фотоэлементом.

Для повышения эффективности кремния, используют примеси (в кремний добавляются атомы других веществ), например, фосфора.

Кроме того, кремний хорошо отражает свет, поэтому для уменьшения потерь фотоэлементы защищают антибликовым покрытием. И еще для защиты батарей от механических повреждений их покрывают стеклом.

КПД таких батарей довольно низкий – они способны переработать только 12-18% попадающих на них лучей. Самые успешные образцы достигают КПД 40%.

Солнечные батареи для дома: принцип работы

В России и других странах с холодной зимой многие сомневаются в эффективности работы подобных установок, поскольку много дней в году солнца не бывает, поэтому накопленная за теплое время солнечная энергия при сильных морозах быстро растратится.

Однако подобные установки обладают достаточно большой мощностью, которая составляет от 200 Вт для одного модуля, они способны производить энергию в течение всего светового дня и способны ловить свет даже при осадках или густых облаках. Единственный минус – это снижение мощности в непогоду примерно в два раза. Но, с другой стороны, солнечные батареи обладают способностью накапливать энергию, которая будет отдаваться при недостаточном солнечном свете.

Новое поколение установок на основе аморфного кремния отличается от предыдущего тем, что такие батареи не нужно направлять на солнце, для их нормальной работы будет достаточно и средней области. Но они имеют существенный недостаток – под их размещение нужно выделять большую площадь. И производительность на севере России будет значительно ниже, чем в Крыму или Краснодарском крае. Но при этом в том же Санкт-Петербурге их все равно можно использовать с успехом целый год.

Принцип работы установок следующий:

• генераторами электричества в солнечных батареях выступают модели, которые ловят солнечную энергию. Они работают на основе фотоэлектрических реакций и вырабатывают ток по принципу эмиссии нагретых тел;
• панели сделаны на основе кремния. Коэффициент полезного действия одной панели составляет примерно 30 процентов при мощности в 300 Вт. А чтобы получить лучший результат, несколько десятков элементов объединены в цепи, благодаря чему установки способны работать при средней облачности;
• чтобы температура в доме площадью в 30 квадратных метров в течение года была комфортной, общая площадь модулей должна быть как минимум 100 квадратных метров, а в самом доме нужно ставить аккумуляторы и распределительное оборудование. Судя по отзывам владельцев частных домов, это одно из труднейших условий для установки солнечных батарей.

Как это работает?

Элементы солнечных батарей состоят из пластин кремния. При попадании фотонов света на кристаллическую решетку этого материала, некоторая часть электронов приходит в движение. А из школьного курса физики нам известно, что движение электронов в проводнике – это и есть электричество.

Общая энергия, излучаемая солнцем во все стороны, составляет примерно 385 млрд. мВт/ч. На каждый квадратный метр поверхности этой, сравнительно небольшой, звезды приходится более 63 кВт. Но, преодолев 150 миллионов километров до земли, пучок фотонов изрядно рассеивается и на экваторе в ясную погоду, в полдень, мощность света составляет около 1 кВ на 1 квадратный метр.

Что важно учесть, инвестируя в солнечные батареи

Панели недостаточно просто установить – за ними нужно ухаживать. Как минимум чистить, и не только от снега, но и от пыли.

Выбор средств будет зависеть от площади батарей и от экономической целесообразности выбора тех или иных форм и средств ухода. Главное понимать, что пыль на панели способна снизить ее эффективность на 7%.

Снег, пыль, птичий помет – все это будет приводить к снижению КПД.

Обслуживать конструкцию приходится с определенной периодичностью. Как минимум раз в квартал стоит полить панели из мощного шланга с водой. Учитывая это, месторасположение дома тоже следует учитывать, принимая решение о приобретении солнечных батарей. Например, если рядом строительство – будет больше пыли, чистить панели придется чаще. Или будет произведено меньше электричества.

Кроме того, необходимо следить за исправностью конструкций и при механических нарушениях производить ремонт. Нужно еще менять батарейки, это происходит раз в десять лет.

На эффективность решения влияет расположение дома. Мы уже упомянули загрязненность – от нее зависит частота чистки батарей. Тень тоже будет проблемой для выработки максимального количества электроэнергии. Это может быть как тень высоких деревьев на вашей усадьбе (вы это можете сами контролировать) или тень больших зданий рядом (от вас не зависит).

Тень важно учитывать при выборе типа панелей – их несколько и они по-разному реагируют на тень. Поликристаллические просто сокращают выход электричества, а монокристаллические полностью останавливают производство электроэнергии на затененных фрагментах

Сейчас уже использование батарей учитывают перед строительством, ведь их эффективность напрямую зависит от того, насколько доступна поверхность с батареями солнечным лучам в часы их максимальной активности (обычно с 10:00 до 14:00) и всех солнечных часов.

В разных регионах земля достигает разное количество солнечного света. Есть такое понятие как инсоляция – мера солнечной радиации, попадающей на землю, которая измеряется в кВТ/м.кв./дни. Чем выше это значение, тем больше электроэнергии можно получить при меньшем количестве солнечных панелей. Например, на юго-западе для получения определенного количества энергии придется потратиться меньше, чем на северо-западе.

Чтобы получить больше электричества от солнца – нужно больше покрытие.

Чтобы определиться, сколько нужно батарей, нужно выяснить:

• Какова инсоляция в вашем регионе.
• Сколько электричества вам понадобится.

Узнайте, сколько вы используете кВт-ч в сутки и сделайте вычисления.

К примеру, 30 кВт-ч. Умножаем это число на 0,25 и получаем 7,5 – значит, нужно получить7,5 кВт а сутки. Одна стандартная панель вырабатывает в сутки 0,12 кВт. Ее параметры 142х64 см. Понадобится 62 панели, который покроют примерно 65 кв. м. После таких расчетов нужно сделать поправку на инсоляцию и учесть количество прямого света в день с учетом тени. Есть еще ряд нюансов, учесть которые могут специалисты.

Сколько это стоит

Просчитав количество, останется учесть стоимость приобретения и монтажа. Хорошие новости в том, что цены на солнечные батареи продолжают падать, тогда как еще полстолетия назад эта технология была абсолютно недоступна людям среднего достатка.

Сейчас, чтобы обслужить большой дом и получать примерно 900 кВт-ч в месяц (30 кВт-ч в сутки), понадобится порядка 20-40 тысяч долларов. Вы можете разделить их на количество лет использования и оценить выгоду. Чаще всего солнечную энергию используют параллельно со стандартными решениями, дополняя солнечной системой электроэнергию из сети.

Батареи также берут в аренду, что может оказаться неплохой альтернативой.

Хотя батареи и служат до 50 лет, некоторые их составляющие выходят из строя быстрее (контроллер служит 15 лет, аккумулятор 4-10). Возникает вопрос утилизации, при покупке стоит убедиться. Что компания, которая производит батареи, принимает на переработку их составляющие – это делают только 30% производителей.

Источник https://avtonomnoeteplo.ru/altenergiya/45-effektivnoe-otoplenie-zagorodnogo-doma-solnechnymi-batareyami.html

Источник https://sdelai-lestnicu.ru/pechi-i-kaminy/solnecnye-batarei-dla-otoplenia-doma-otzyvy-realnyh-vladelcev

Источник