Солнечные системы отопления: разбор технологий обустройства отопления на базе гелиосистем

Вопрос о поиске альтернативных источников тепла становится все актуальнее. Этому способствуют растущие цены на газ, уголь, нефть. Весьма перспективное направление – солнечные системы отопления, способные эффективно обогревать помещение многие годы.

Задумываетесь над обустройством гелиосистемы, но есть сомнения и вопросы? Мы поможет вам разобраться, когда целесообразно задействовать энергию солнца для обогрева, и опишем возможные варианты организации отопления. Кроме того, предложим инструкции по изготовлению самодельных гелиосистем — плоского и трубчатого коллектора.

Энергия солнца — альтернативный источник тепла

Идея использования солнечной энергии для отопления не нова. Более того, целесообразность ее применения доказана американцами, китайцами, испанцами, израильтянами и японцами.

Рынок изобилует предложениями различных установок по преобразованию энергии солнца и дальнейшего ее использования для хозяйственных нужд.

Гелиосистемы активно используют в качестве основного источника теплп во многих странах мира. В наших широтах оно пока применяется в качестве дополнения к системе отопления

Стоимость систем зависит от их типа, площади, материала, применяемого при изготовлении. Из года в год наблюдается устойчивая тенденция к снижению цен на все виды солнечных установок — гелиосистем.

Это делает их более доступными широким слоям населения. Вот только пока не каждый желающий готов совершить такую покупку.

Зато, при желании, можно соорудить эффективную систему солнечного отопления своими руками, потратив ощутимо меньше средств.

Привычная система отопления, отлично выполняющая свои функции многие годы, становиться все дороже. Виной этому – глобальное подорожание энергоресурсов во всем мире. Естественное желание, возникающее у хозяина – сэкономить на отоплении, съедающим значительную долю семейного бюджета.

Так солнечная система отопления может полноценно заменить привычную твердотопливную, газовую или любую другую. Все зависит от типа и размера помещения, в котором она будет использоваться.

Вариант, подходящий для зернохранилища не подойдет для жилого дома, а система, удовлетворяющая потребности дачи, никак не справится с отоплением 2-этажного особняка.

Полная замена традиционного отопления солнечным иногда проблематична. Владелец опасается, что система может не справиться или физически не хватает места для монтажа нужного количества панелей.

Поэтому, часто используют комбинированную систему отопления, не отказываясь полностью от установленного газового (электрического или другого) оборудования. Уровень замещения привычного отопления солнечным может достигать 90%.

Также, важное значение имеет годовое количество солнечных дней местности, в которой располагается жилище. Причем, среднесуточная температура не столь важна. Многие установки эффективно поглощают свет в зимние морозные дни (солнечные коллекторы, использующие в качестве теплоносителя антифриз).

Кроме отопления солнечная установка способна обеспечить жилище теплой водой и электроэнергией

Где гелиоустановка будет наиболее эффективна

В вопросе замены отопления гелиоустановкой нужно учитывать ряд факторов, влияющих на ее эффективность.

Во-первых, необходимо правильно выбрать тип гелиосистемы. В этом вопросе следует учитывать площадь помещения и его предназначение. Чаще всего это частный дом, в котором проживает семья из 4-5 человек.

Во-вторых, внимательно просчитать потребности в тепле, исходя из максимального потребления в холодное время года. Сопоставить эти цифры с количеством вырабатываемой энергии 1 кв. м гелиоустановки. Останется рассчитать площадь солнечной конструкции, способной справиться с отоплением конкретного помещения.

Полученная величина станет основным фактором при определении места размещения системы. Обычно владельцы домохозяйств предпочитают использовать крышу или стену дома. Редко используют придомовой участок или крышу гаража. Иногда сооружают специальные подставки для монтажа установки.

Сооружение специальных подставок для монтажа гелиосистем позволяет максимально удобно разместить их на придомовой территории

Важно, чтобы ничего не препятствовало свободному проникновению солнечных лучей на поглощающую свет поверхность. Выбирать нужно южную, юго-восточную или юго-западную стену или часть крыши.

Определившись, где будут размещаться солнечные панели, предстоит провести предварительную подготовку жилища:

• Освободить пространство. Вырубить лишние насаждения, если они мешают.
• Укрепить крышу. Здесь нужно не забывать о том, какой вес будет у предполагаемой конструкции.
• Дополнительно утеплить здание. Ведь бессмысленно отапливать улицу.

В-третьих, необходимо решить вопрос: покупать или соорудить систему отопления самостоятельно. Все зависит от финансовых возможностей и желания потратить время на изготовление конструкции.

Выбрав второй вариант, нужно разобраться с принципом работы нужной системы, чтобы правильно все собрать.

Возможные варианты обустройства солнечного отопления

Варианты сооружения системы солнечного отопления полностью зависят от пожеланий владельца домохозяйства:

• Применение фабричных изделий. Покупка готовых коллекторов с самостоятельной установкой и монтажом.
• Сооружение пилотного проекта.  Он нужен для проверки эффекта от использования системы для дальнейшего производства точных расчетов.
• Самостоятельное выполнение полного цикла работ.  Расчет, проектирование, сооружение «с нуля» гелиосистемы, ее установка.

Вариант №1. Подразумевает выбор правильного места расположения солнечных установок, ведь от этого будет зависеть эффективность их использования. Для монтажа также потребуются специальные навыки.

Рассчитывать же количество панелей не понадобится – достаточно будет озвучить все свои пожелания фирме-поставщику оборудования. Еще нужно будет ответить на уточняющие вопросы менеджеров – все, подбор оптимального количества панелей (коллекторов) произойдет безо всяких сложностей.

Для монтажа гелиоустановки своими руками на крыше нужно заручиться поддержкой как минимум одного помощника. Одному с такой работой справиться не удастся

Вариант №2 — сооружение пилотного проекта. Он будет оптимальным решением для сомневающихся людей. Ведь окончательное решение о замене системы отопления сложно сразу принять. Соорудить солнечный коллектор (воздушный или водяной) небольшого размера и проверить его «в действии» станет полезным опытом.

Оценив реальные затраты на изготовление, сопоставив их с рыночной стоимостью аналогичных систем и просчитав экономию от использования в хозяйстве, принять ответственное решение будет просто.

Вариант №3 – выбор настоящих мастеров.

Для полноценного отопления объекта понадобится провести колоссальную работу:

• Просчитать нужную площадь гелиосистемы.
• Определить место будущего монтажа, укрепить его.
• Дополнительно утеплить жилище.
• Приобрести все элементы для сооружения системы.
• Соорудить солнечную батарею.
• Установить сооруженную систему, ориентируясь на основные требования – угол наклона относительно падения солнечных лучей.

Выполнение полного цикла работ по устройству системы нельзя назвать легким делом, но процесс крайне увлекательный. К тому же, позволяющий сэкономить довольно солидную сумму.

Выбирая тип отопления, использующего солнечную энергию, следует определиться, будет ли оно дополнительно использоваться для нагревания воды и выработки электроэнергии (кликните для увеличения)

Виды установок для преобразования солнечной энергии

В зависимости от принципа работы выделяют два типа устройств, поглощающих солнечный свет:

• Батареи на фотоэлектрических преобразователях. Представляющие собой системы последовательно или параллельно соединенных полупроводниковых элементов. Они поставляют ток для питания бытовых обогревателей.
• Солнечные коллекторы. Панели с системой трубок, наполненных теплоносителем: воздухом, незамерзающей смесью или водой. Они поставляют нагретый солнцем теплоноситель в контур отопления.

Рассмотрим каждый вариант отдельно.

Солнечные батареи

Солнечная батарея, преобразует поглощаемый свет в электроэнергию. Она состоит из фотоэлементов (чаще всего кремниевых), способных из солнечного излучения сразу извлекать постоянный электрический ток.

Такая установка может быть использована для обеспечения работоспособности электрического отопительного оборудования. Ее нужно подсоединить к системе электроснабжения жилища.

Эффективность преобразования солнечного излучения этой установкой – от 5% до 20% в зависимости от типа перерабатывающего солнечное излучение устройства. Производительность 1 м² солнечной батареи – 120 Вт.

Остается подсчитать, сколько квадратов площади понадобится для обеспечения потребностей конкретного домохозяйства, исходя из размеров жилища, индивидуальных потребностей в тепле и уровня утепления конструкций.

Располагать солнечные батареи удобнее всего на крыше дома, выбрав для этого его южный скат

Для отопления солнечные батареи эффективнее всего использовать в южных регионах. Их основной недостаток – снижение эффективности в сумерках и пасмурную погоду, полное отсутствие работоспособности в ночное время.

Чтобы смастерить солнечную батарею своими руками, понадобится сначала собрать каркас, припаять солнечные элементы, затем все аккуратно уложить и воспользоваться герметиком.

Для изготовления каркаса применяют деревянные рейки, алюминиевые уголки. Все зависит от размера собираемой конструкции и места ее установки. Солнечные элементы – кремниевые пластины – самая расходная часть конструкции. Они бывают монокристаллические и поликристаллические. Первые несколько дороже, но и производительность у них на 5% выше.

Сделать их самостоятельно – невозможно. Фотоэлектрические преобразователи лучше приобретать с уже припаянными проводниками.

Их предстоит поместить на основу  из ДВП, затем закрепить в каркасе, вывести провода от элементов наружу и все отверстия залить герметиком. Дать конструкции хорошо высохнуть и накрыть крышкой из стекла или прозрачного пластика.

Схемы монтажа и способы подключения солнечных батарей описаны в этой статье.

Солнечные коллекторы

Принципиально другой способ преобразования поглощенного света у коллекторов. В основе их работы – теплоноситель, проходящий по трубам.

В зависимости от конструкции можно выделить три основных разновидности коллекторов, чаще всего применяемых для сооружения солнечной системы отопления:

• Плоские. Теплоприемник — абсорбер их выполнен из листового металла с зачерненной наружной поверхностью. Нагреваясь, он передает энергию теплоносителю системы отопления.
• Вакуумные. Коллекторная система вакуумного типа выполнена по схеме термосов, благодаря чему почти в два раза лучше сохраняется полученное от солнца тепло.
• Концентраторы. Устройство оснащается вогнутой зеркальной деталью с большой площадью поверхности, фокусирующей солнечный свет на небольшой площади абсорбера.

Самые распространенные в быту гелиоустановки оснащены системой трубок, выполненной в виде параллельно соединенных элементов или змеевика. Трубки заполняются или технической водой, или смесью воды с незамерзающей жидкостью или воздухом.

Визуализировав основные части гелиоустановки, легче решить, где лучше всего расположить те или иные составляющие (+)

Воздушная установка может быть использована в качестве дополнительного источника отопления. Полностью обеспечить домовладение теплом вне зависимости от региона его расположения она не в состоянии. Основная особенность этого вида гелиосистемы – воздух, выполняющий роль теплоносителя.

Трубчатые системы довольно активно применяются для отопления круглый год. Антифриз или смесь антифриза нагревается под солнечными лучами, потом проходит по внутренним теплообменным трубкам, затем направляется в бак-накопитель.

Движение жидкости стимулирует насос, благодаря которому она из бака перемещается в систему отопления. Нагретый теплоноситель вытесняет собой остывшую часть жидкости, которой предстоит снова вернуться в коллектор и нагреться.

Принцип работы плоской гелиосистемы основан на проникновении солнечного света внутрь панели, где находится теплопоглотитель. Он нагревается и излучает тепло, которое передается жидкости, циркулирующей по металлическим трубкам (чаще всего, медным).

Что можно соорудить своими силами?

Соорудить солнечную систему отопления, использующую коллектор воздушного типа, можно своими руками. Размещать ее лучше всего на южной стене здания.

Чем больше площадь отапливаемого помещения, тем большую площадь будет занимать коллектор — возможно, всю стену дома. Также, эту гелиосистему можно соорудить на чердаке.

Собираясь установить систему воздушного отопления на чердаке, необходимо позаботиться, чтобы он выдержал вес установки (+)

Нагревающий воздушную массу гелиоколлектор – выполняет свои функции по отоплению за счет потоков воздуха, проходящих внутри системы. Теплоноситель циркулирует по контуру, охлаждаясь, снова попадает в систему. Движение воздушных потоков может осуществляться естественно или с применением вентилятора.

Что касается материалов для изготовления воздушного коллектора, то здесь можно использовать различные подручные средства. Единого правила не существует.

Домашние мастера совершенствуют этот тип гелиосистемы, собираемой в домашних условиях. Кто-то стремится получить более дешевый вариант, жертвуя при этом эффективностью, кто-то – наоборот.

Разобравшись с основными элементами воздушного коллектора, легче принять решение о месте его монтажа – крыша или стена (+)

Рассмотрим основные способы.

Особенности установки трубчатой гелиосистемы

Гелиосистема трубчатого типа для отопления может быть использована в различных регионах. Она не зависит от внешней температуры. Главное, чтобы на установку попадало максимальное количество солнечных лучей.

Антифриз, используемый в качестве теплоносителя, не замерзает при низких температурах. В ясные зимние дни количество солнечного света превышает количество света, поступающего летом.

Трубчатый солнечный коллектор состоит из системы прозрачных вакуумных трубок, соединенных между собой. В них содержится вещество с невысокой температурой кипения. Закипая, оно испаряется, передает свое тепло медному наконечнику и стекает вниз, где все повторяется снова.

Вакуумные трубки, выполненные из огнеупорного стекла, внутри заполнены веществом, способным закипать при невысокой температуре (+)

Вакуумные трубки поглощают до 90% всего солнечного излучения (видимого и инфракрасного). Солнечная энергия, преобразованная в тепловую, поступает к теплоносителю. Он передает эту энергию дальше по системе – в теплообменник, находящийся в специальном баке-аккумуляторе.

Движение теплоносителя и воды по систем отопления происходит за счет насосов. Важно, чтобы у бака была хорошая теплоизоляция. Теплообменников, как правило, два: один соединяется с дополнительным нагревателем, второй – с коллекторами.

В домах с таким типом солнечных установок выгодно дополнительно подключать систему теплых полов. Это позволяет эффективнее отапливать здание.

Что касается монтажа трубчатых коллекторов, то его можно установить своими силами. Единственное, следует учитывать рабочий угол наклона – он должен быть не менее 20°.

Трубчатый солнечный коллектор располагают на крыше, выбрав наиболее солнечное направление. Важно, чтобы рядом не было высоток, мешающих свободному проникновению солнечного света

Соорудить вакуумную установку своими руками не выйдет – сделать вакуумные трубки в домашних условиях невозможно. Это проделывают заводы, специализирующиеся на производстве вакуумных гелиосистем.

Плоская солнечная установка

Часто для отопления используют плоский гелиоколлектор.

Для его сооружения понадобятся:

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

Конструкцию нужно оснастить входным и выходным патрубками и насосом для эффективной циркуляции жидкости.

Собрать плоскую гелиоустановку можно своими руками. Для этого часто используют подручные средства, выбирая материалы подешевле в качестве аналога (+)

Устанавливать плоский коллектор можно под любым углом, обязательное условие – очищать от снега и пыли. Он особенно хорош для теплого климата.

В холодное время года наблюдается низкая работоспособность и высокие потери тепла. Что ставит под сомнение использование только одной этой гелиосистемы для полноценного отопления. Оптимально будет использовать плоскую солнечную установку вместе с газовым, электрическим или твердотопливным видом отопления.

Предлагаем ознакомиться со статьями о самодельной сборке солнечных отопительных систем:

1. Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками — пошаговое руководство
2. Как сделать солнечную батарею своими руками: способы сборки и монтажа солнечной панели

Еще раз про целесообразность

Использовать для отопления вместо привычных энергоресурсов энергию солнца выгодно. В зависимости от выбранного типа гелиосистемы, экономия на потреблении платного тепла может составлять до 100%.

Вариант полной замены системы отопления – использование коллекторов с вакуумными трубками. Это достаточно дорогостоящий проект на начальном этапе. В дальнейшем он может гарантировать полную энергетическую независимость, окупив себя за 6-8 лет.

Изобретательность домашних мастеров не знает границ – в качестве лабиринта для циркуляции жидкости внутри коллектора можно приспособить обычный шланг

Срок службы гелиоустановок до 25 лет. Они требуют незначительного ухода – периодического очищения поверхностей от снега, пыли, мусора. Что касается ремонта, то его можно проводить собственными силами. Существенный недостаток – плоские коллекторы и солнечные батареи «боятся» ураганов.

Такое отопление безопасно для жителей дома и окружающей среды. Оно совершенно бесплатное и не зависит от курса валют, цен на энергоресурсы.

Выводы и полезное видео по теме

Ролик продемонстрирует процесс собственноручного сооружения солнечной батареи:

Наглядное пособие по сооружению воздушной системы отопления:

Технология изготовления плоской солнечной установки своими руками:

Гелиоустановки или солнечные системы отопления хорошо зарекомендовали себя во всем мире. Они позволяют получать тепло бесплатно, сократив расходы на оплату коммунальных платежей за отопление от 30%.

Возможен вариант полной замены энергоресурсов солнечной энергией в своей отопительной системе. Еще одно существенное достоинство – собрать гелиоустановку можно своими руками.

У вас есть практические навыки сборки или эксплуатации солнечных систем отопления? Делитесь накопленными знаниями, задавайте вопросы по теме и участвуйте в обсуждениях. Форма для комментариев расположена ниже.