Подогрев воды от солнца на крыше дома

Обновлено: 23.04.2024

Не использовать солнечную энергию для нагрева воды в частном доме – значит не уважать свою Галактику. В истории, которую мы вам расскажем, человек потратил совсем немного денег и один день, чтобы шесть месяцев в году иметь бесплатную горячую воду. Скажем сразу: он живет в Ереване, но разница только в том, что в его сделанном из металлоломной трубы коллекторе вода нагревалась до 80-90 градусов, а в Средней полосе России будет нагреваться до 60. Решение рабочее, наш пользователь с ником Garsar пользовался им много лет.

И я доволен, с апреля по сентябрь в ванной и туалете есть горячая вода. Прошлым летом были гости и пять человек в день могли спокойно мыться, приходилось разбавлять холодной водой.

Конструкция и принцип работы

Самодельный водонагреватель окупился за первый же год – если бы Garsar нагревал воду газом или электричеством, он потратил бы больше денег.

Правда, бюджет проекта был скромным. Для изготовления этого простейшего солнечного коллектора понадобились:

труба оцинкованная диаметром 35 см – 5,5 м;
металлопластовые трубы 0,5д – 10м;
металлические трубы 0,5д – 3 м;
четыре крана (но можно и 3);
бронзовый фильтр (опционально);
сварочный аппарат;
баллончик черной нитрокраски.

Вода нагревается в баке без теплообменника и напрямую поступает в систему водоснабжения.

Объем трубы, купленной, кстати, по цене металлолома, составляет 350-400 литров. Весной вода в ней нагревается до комфортной температуры 40-45 градусов, летом до 90 градусов и ее приходится разбавлять. Garsar не измерял, сколько воды в проточном режиме может нагревать система, но после полноценного мытья пятерых человек вода оставалась горячей.

Солнечный коллектор подключен к системе центрального водоснабжения. В системе не используется обратный клапан: бак находится под стандартным давлением водопровода. Это потому, что в доме иногда отключают горячую воду, и вода в коллекторе – резерв на такой случай.

Таким образом, подогрев воды в доме Garsarа осуществляется в двух режимах: летом горячая вода идет из солнечного коллектора, зимой из АГВ (газового водогрейного аппарата). Переключение на зимний режим выполняется так:

Кран №3 сливает воду;
Краны №3, №4, №5 остаются открытыми до весны;
Краны №2 и №6 закрываются.

Если в доме отключают воду, наш пользователь перекрывает кран №1 и открывает кран №4 – вода попадает в систему самотеком по обратке.

Улучшение отражателем

Система работала исправно, но Garsar все равно думал, как ее усовершенствовать. Утепление каких-то элементов системы он считал или невозможным, или бессмысленным.

В моем случае бак нагревается чисто за счет черного цвета - этакий и жнец, и на дуде игрец. Если одеть бак в термослой, думаю, он перестанет нагреваться. Если изолировать два-три метра трубы, по которым горячая вода заходит в систему, толку будет мало: по ночам весной и осенью температура в баке все равно будет падать.

Но вот установка отражателя-концентратора могла бы улучшить показатели работы трубы-коллектора. Благодаря тому, что ось вращения Земли наклонена относительно плоскости эклиптики, достаточно длиннофокусный отражатель можно настроить так, что он будет работать только весной и осенью, а летом светить мимо бака (если он вытянут в направлении запад-восток). Кстати, один знакомый Garsarа такими разнонаправленными зеркалами вообще дом отапливает! Идея интересная, но все упирается в рентабельность: основное преимущество системы водонагрева в этом ереванском доме – бюджетность, и терять ее не хотелось бы.

Отражатель один раз настраивается так, чтобы отражение попадало на трубу весной и осенью, а летом летело мимо. Летом солнце выше и отражение полетит ниже трубы. Весной и осенью отражение будет попадать на трубу и догревать ее.

Установить отражатель надо выше и сзади трубы: для определения угла нужен расчет (по принципу «угол падения равен углу отражения») и практический опыт с зеркалом. Можно не рассчитывать угол наклона, а просто выставить его в нужное время года так, чтобы в полдень отражение попадало на максимальную поверхность бака.

Вот так сделан отражатель у другого нашего пользователя (ник на FORUMHOUSE kivik71).

Сделать отражатель можно из любого материала, который не рассыплется от воздействия осадков и ультрафиолета и будет хорошо отражать солнечный свет: листы пищевого алюминия, нержавейка, отражающие пленки, наклеенные на ДСП, фанеру или поликарбонат.

Еще одна идея по улучшению эффективности устройства – перенести его на крышу, чтобы бак получал больше солнца: там, где он сейчас, на него частично падает тень от соседского дома.

Но Garsar был доволен своим баком и без всяких усовершенствований: хоть и не работает в холодное время года, зато «просто, дешево и дуракоустойчиво». За шесть лет баку понадобился один ремонт: он стал протекать. Garsar спустил воду, смазал его сухой сваркой – все снова отлично работает.

Я считаю, что по такой цене грех жаловаться: установка себя оправдывает на все 146%. Я его устанавливал как тестовый вариант, чтобы воочию удостоверится, что может дать солнечный коллектор, и до сих пор доволен.

И, повторимся, этот вариант годится не только для теплых и солнечных стран и регионов. Примерно по такой же схеме греет воду пользователь FORUMHOUSE из Подмосковья с ником Egorychev3548, только у него применена система вроде теплообменника, которые стоят в котельных – тонкая длинная труба-змеевик на металлической кровле.

Самодельные солнечный коллекторы на FORUMHOUSE обсуждаются здесь. Почитайте нашу статью про бюджетный солнечный коллектор в Подмосковье. В видеосюжете - комплексная система из нескольких источников альтернативной энергии.

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

Принудительная циркуляция более эффективна и позволяет располагать узлы системы в наиболее удобном порядке, не обращая внимание на перепады высот и объемов.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

Для чего можно использовать?

Солнечный нагреватель воды, как правило, используется в качестве основного или дополнительного источника энергии для подготовки теплоносителя отопительного контура. Кроме того, солнечный подогреватель воды может готовить горячую воду для бытовых нужд.

Одним из распространенных способов использования нагрева воды от солнца является подача горячей воды в летний душ или умывальник, а также подогрев воды в бассейне. Возможно использование подогретой воды для полива растений в теплицах и парниках. Чем удачнее внешние условия, тем больше способов применения солнечных панелей для нагрева воды можно найти и использовать.

Установка

Солнечные водонагреватели для дома устанавливаются на открытой площадке с таким расчетом, чтобы поток солнечных лучей падал на них отвесно в течение всего дня. Солнце перемещается по небосклону, но обеспечить максимально равномерное освещение всегда можно. Основная задача — обеспечить отсутствие преград для получения тепловой энергии. Обычно установку коллекторов производят на скатах крыши, так как это позволяет сэкономить площадь участка и исключит доступ злоумышленникам, животным и прочим нежелательным элементам.

При удачном размещении панели температура застоя (теплоносителя, не находящегося в состоянии циркуляции) может достигать до 300°. Такого результата достичь непросто, чаще всего температура не превышает 60-65°, но и это вполне допустимый результат для отопительной системы, контура ГВС или теплого пола. Однако, возможность повышения температуры выдвигает особые требования к материалу соединительных трубопроводов.

Важно! Не допускается монтаж пластиковых или стальных труб, только из нержавеющей стали или меди. Кроме того, контур надо качественно теплоизолировать.

на солнечных батареях, цена которого достаточно велика, чтобы относиться к этому с пренебрежением. Существуют два типа установки, имеющие принципиальное различие:

Пассивная

Работа установки протекает полностью самостоятельно, без каких-либо дополнительных приспособлений. Получение и передача энергии происходит непосредственно на теплоноситель, который самотеком поступает в накопительную емкость. Примером пассивной установки может служить емкость для воды темного цвета для лучшего нагрева. Нагрев воды в ней происходит без дополнительной помощи, надо лишь поставить бак под лучи Солнца.
Циркуляция также естественная, теплые слои поднимаются вверх, уступая место холодным, которые, нагреваясь, в свою очередь, уступают место остывшим слоям. Простота и отсутствие необходимости в обслуживании таких установок привлекательны, но режим их работы крайне неустойчив, а эффективность составляет лишь малую часть от физически возможной.

Активная

Активная установка солнечной батареи для нагрева воды позволяет решить все проблемы с режимом циркуляции и получить максимальную эффективность теплопередачи. Обычно нагревательный контур имеет замкнутую конструкцию, в которой циркулирует вода или масло. В нормальном состоянии естественной циркуляции о масла получить невозможно, но, с помощью циркулярного насоса, можно получить высокую степень теплопередачи, свойственную маслу в силу физических особенностей.
Горячая вода от солнца, полученная подобным образом, может быть направлена в одно- или двухконтурные системы, для отопления и подачи ГВС. Результаты, полученные от активной установки, значительно выше, но и расходы на ее приобретение намного заметнее. Для пользователей, которые решили выбрать солнечные водонагреватели для дома, стоимость комплекта может оказаться слишком высокой, поэтому следует заранее узнать цену подобных комплексов.

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

Sunrain Solar Energy Co., Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Какой выбрать для бассейна?

Выбор гелионагревателя для бассейна обусловлен его размерами, объемом воды, местом расположения и прочими критериями. Солнечные водонагреватели, цены и параметры которых находятся в наилучшем сочетании, могут быть изготовлены в разных конструкционных вариантах. Могут быть использованы все доступные варианты, от простейших открытых конструкций, до наиболее сложных и дорогих систем с конденсационными камерами.

Чем проще комплекс, тем он дешевле и надежнее, но и эффективность его будет соответственно ниже. Основным критерием выбора следует считать размер искусственного водоема и частоту подпитки извне. Специалисты рекомендуют для бытовых целей обходиться несложными и дешевыми гибкими моделями, представляющими собой резиновые плоскости с впаянными внутри трубками, по которым пропускается вода. Они недороги, но дают вполне достаточно тепла для поддержания нормальной температуры в бассейне.

Если необходимо подогревать воду в искусственных водоемах общественного или коммерческого пользования, рекомендуется приобретать полноценные комплексы из вакуумных трубок, или панельные конструкции. Они демонстрируют высокую эффективность и позволяют получать достаточное количество тепловой энергии. Параметры таких установок подробно изложены в паспорте, что позволяет выбрать комплекс, наиболее подходящий по производительности.

Как сделать водонагреватель своими руками?

Самостоятельное изготовление солнечного водонагревателя позволяет сэкономить некоторое количество денег и получить возможность бесплатного нагрева воды для любых нужд. Нет смысла использовать дорогостоящие материалы, поскольку результат будет зависеть не столько от их, сколько от тщательности и аккуратности сборки, а также от площади нагрева. Браться за изготовление вакуумных или конденсационных установок нецелесообразно, проще сделать самые доступные и надежные панели. Рассмотрим наиболее популярные и распространенные варианты самостоятельного изготовления солнечных водонагревателей:

Из поликарбоната

Поликарбонат — прозрачный листовой пластик. Для изготовления коллектора нужен сотовый материал, представляющий собой двойной лист, соединенный поперечными полосками. Вся плоскость представляет собой множество каналов, разделенных друг с другом, но имеющих выход наружу с торцовой части.

Из пластиковых бутылок

Коллектор из пластиковых бутылок — один из вариантов самодельного трубчатого водонагревателя. Собственно, бутылки служат только для теплоизоляции, основную функцию выполняют черные пластиковые трубки, торцы которых вставлены в средние патрубки ПВХ тройников. Эти тройники соединяются в одну линию, образуя коллектор, который можно впоследствии увеличивать до любого размера, просто присоединяя дополнительные трубки. У бутылок отрезают дно, одевают их на трубку одну за другой так, чтобы горлышко плотно входило в заднюю част.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация солнечных нагревателей не представляет существенных сложностей. Если система правильно установлена и настроена, то от владельца потребуется лишь поддержание чистоты приемных панелей и целостности соединений. При необходимости надо менять вышедшие из строя узлы и элементы, восстанавливать герметичность трубок и прочих деталей. Никаких специальных рекомендаций не имеется, все действия производятся в соответствии с необходимостью и целесообразностью.

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

открытые;
трубчатые;
плоские коллекторы.

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Схемы подключения к системе отопления

Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

С водяным коллектором

Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

Основная часть расходов на содержание дома приходится на отопление и горячее водоснабжение. Любая возможность сократить эти вложения рассматривается владельцами с большим интересом, а самым оптимальным вариантом становится переход на полностью автономную, независимую систему обогрева и ГВС. С появлением солнечных коллекторов такой вариант стал вполне возможным и доступным.

Солнечные коллекторы для отопления дома

Солнечные коллекторы внешне очень похожи на солнечные панели (или солнечные батареи). Они выглядят как черные прямоугольные пластины, уложенные на скатах кровли дома. Внешнее сходство обманчиво, коллекторы и панели объединяет только использование энергии солнца.

Если панели используют фотоэлектрический принцип выработки тока, то коллекторы являются модификацией теплиц, производящих нагрев теплоносителя (воды) для подачи в систему отопления и обеспечения горячего водоснабжения дома. Кроме панелей систему образуют и другие элементы.

Общий состав такой:

солнечные коллекторы
аккумулирующая емкость. Проще говоря, это бак с водой, в который поступает нагретая вода, а из нижней части вводится охлажденная для подачи в коллекторы
обменный контур. Передает нагретый носитель от коллекторов к аккумулятору

Указанный состав системы включает только наиболее важные элементы, на практике используются различные дополнительные устройства, стабилизирующие и улучшающие работу комплекса.

Горячее водоснабжение и отопление от солнечного коллектора

Конструкция солнечного коллектора состоит их пластины черного цвета, установленной под стеклянную (чаще используется поликарбонат) крышку. Под пластинами расположены трубопроводы, по которым циркулирует вода. Поверхность черной пластины нагревается солнцем, после чего тепловая энергия передается воде. Нагретая вода циркулирует по системе, используя принцип теплового изменения плотности жидкостей, при котором более теплые потоки имеют меньшую плотность и выталкиваются вверх.

Для обеспечения более устойчивой циркуляции, не зависящей от внешних факторов, в системах обычно используется циркуляционный насос. Нагрев воды в системе ГВС производится в теплообменнике. Таким образом, горячая вода в доме не проходит через систему циркуляции солнечного коллектора. Для подачи в систему отопления нагретая вода может подаваться напрямую из аккумулятора, который при этом играет роль расширительного бака.

Эффективность работы

Типы солнечных коллекторов

Наиболее распространенный вариант для организации системы отопления дома. Конструкция коллектора состоит из прозрачного кожуха из ребристого поликарбоната, под которым находится абсорбирующий слой. Он принимает тепловую энергию солнца и передает ее теплоносителю, циркулирующему по системе труб, плотно примыкающей к нему. Вариант самый дешевый, но потери тепла на нем выше, чем на других видах коллекторов. Кроме того, плоские конструкции имеют большую площадь, увеличивающую ветровые нагрузки на опорные конструкции.

Вакуумный

Вакуумные коллекторы представляют собой систему двойных трубок, расположенных одна внутри другой. По внутренним трубопроводам с наименьшим диаметром циркулирует вода, а внешние трубки служат вакуумными теплоизоляторами (по принципу термоса). В режиме ограничения отбора тепла такие коллекторы способны поднимать температуру носителя до 250-300°С, хотя на практике таких показателей добиться можно только в некоторых регионах планеты и при соответствующих условиях. Тем не менее, вакуумные устройства способны нагревать воду до кипения даже в холодное время года при минусовых температурах. Недостатками вакуумных систем считаются неспособность к самоочистке от снега, требовательность к углу установки и высокая цена.

Воздушный

Теплоносителем в таких устройствах служит воздух. Он нагревается от солнечного тепла, подается в систему воздушного отопления дома и выводится наружу системами вытяжной вентиляции. Для экономии тепловой энергии используется рекуперация, т.е. частичное использование тепла выводимого воздушного потока в теплообменниках или методом подмешивания отработанного теплого воздуха в свежий приточный поток.

Устройство воздушного коллектора представляет собой плоскую камеру большой площади с прозрачной защитной стенкой. Солнечные лучи, проникая сквозь нее, нагревают пластину со слоев абсорбера, которая передает тепловую энергию потоку воздуха, проходящего сквозь коллектор. Возможна как естественная, так и принудительная циркуляция, позволяющая стабилизировать работу системы и получить равномерный и управляемый результат. Разница между температурой входящего и выходящего воздуха может составлять около 50°С, в зависимости от внешних условий.

Критерии выбора

На выбор солнечных коллекторов главным образом влияют два фактора:

рабочие показатели устройства
цена коллектора

Соотношение этих факторов определяет, подходит данный образец для условий и нужд пользователя, или нет. Проще всего подсчитать потребности семьи (2-4 кВт тепловой энергии на человека ежедневно) и сравнить полученное значение с производительностью коллектора. После этого останется лишь подобрать наиболее подходящие по рабочим характеристиками устройства. Рекомендуется предварительно узнать нормы инсоляции для данного региона, чтобы иметь возможность скорректировать паспортные данные применительно к собственным условиям.

Обзор 5 популярных моделей и цены на комплекты

Наиболее популярны плоские коллекторы. Причина этого кроется в относительно низких ценах, хотя и такие системы обходятся в немалые суммы. Рассмотрим некоторые варианты.

Малая система от компании «Свет-ДВ»

Предназначена для отопления и обогрева маленьких (до 50 м2) домов, или для горячего водоснабжения более крупных помещений. Состоит из 1 солнечного коллектора, бака на 250 л (объем бака выбран с запасом на случай ночного времени или плохой погоды). Тепловая мощность составляет 2 кВт, цена комплекта — 160 тыс. руб.

Солнечный водонагреватель «Спектр»

Солнечный водонагреватель «Спектр» можно приобрести отдельно, что позволяет создать недостающие компоненты системы своими руками и значительно сэкономить деньги. Цена одного коллектора «Спектр 850-С» составляет 24 000 руб. Выходная мощность составляет 1-1,6 кВт, в зависимости от погодных условий.

Комплект «Зима-500»

Комплект «Зима-500» состоит из 500-литрового бака, одного коллектора на 30 вакуумных трубок, опорной рамы для монтажа на крыше. Цена комплекта составит 330 000-430 000 руб., в зависимости от места приобретения.

Вакуумный солнечный коллектор СВК-40

Вакуумный солнечный коллектор СВК-40 обойдется в 90 000 рублей. Он предназначен для двухконтурной системы с принудительной циркуляцией и способен обеспечить теплом и горячей водой дом средних размеров. Дополнительное оборудование можно приобрести или изготовить самостоятельно, сэкономив деньги.

Приведенные примеры выбраны намеренно из разных типов и комплектов, чтобы предоставить максимально разнообразную информацию о стоимости и составе предлагаемого оборудования. Существуют более крупные системы, можно найти совсем небольшие коллекторы, но в среднем используются устройства такого уровня.

Солнечный коллектор для подогрева воды

Схемы подключения солнечного водяного коллектора

Солнечный коллектор может быть использован в разных конфигурациях, в зависимости от назначения дома, режима проживания в нем людей, климатических условий и прочих факторов. Обычно используется либо сезонная, «летняя» схема подключения, либо круглогодичный, или «зимний» вариант.

«Летний» вариант горячего водоснабжения от солнечного коллектора

Летний вариант используется, в основном, на дачных участках или в частных домах при сезонном отключении сетевого горячего водоснабжения. Схема простая, к солнечному коллектору подключается бак, расположенный выше уровнем. Подача нагретой воды производится естественным образом, за счет естественной циркуляции, или при помощи вспомогательного оборудования (насоса). Верхний патрубок коллектора (выпускной) является питающим для бака, нижний патрубок принимает охлажденную воду для подогрева. Из бака горячая вода подается на приборы потребления (душ, смесители и т.п.) с подмешиванием холодной воды или без него, если в этом нет необходимости.

Способ прост, но имеет некоторые недостатки. Малая инерционность системы снижает эффективность работы. Для увеличения функционала бак следует утеплить, чтобы горячая вода сохраняла температуру после захода солнца.

«Зимняя» схема подключения солнечного подогрева воды

Зимняя схема предусматривает нагрев воды в баке косвенным образом. По сути, создается теплообменник, в котором горячая вода из коллектора циркулирует по замкнутой схеме, не смешиваясь с водой в баке. Внутри емкости расположен змеевик, нагревающий воду при прохождении горячего потока. Циркуляционный насос обеспечивает постоянное движение теплоносителя (рекомендуется во избежание замерзания использовать антифриз). В обязательном порядке в контур должен быть установлен расширительный бак. При такой схеме особых требований к расположению бака относительно коллектора нет, но змеевик в емкости следует устанавливать в нижней части, чтобы активно прогревался весь объем воды.

Солнечный коллектор своими руками

Материалы для изготовления

Для изготовления простой конструкции понадобятся:

доски толщиной 30 мм и шириной 120 мм (для создания короба)
лист фанеры, утеплитель, оцинкованная сталь (днище короба)
2 дюймовых трубы длиной 700 мм и 15 полудюймовых по 1600 мм. В дюймовых трубах необходимо просверлить соосные отверстия во одной линии, чтобы присоединить полудюймовые отрезки
хомуты или металлические полоски для монтажа труб к днищу короба
черная и белая краска для внутренних и наружных элементов коллектора
лист стекла (оптимально — монолитного поликарбоната) для изготовления прозрачной крышки
герметик для крышки и всех частей корпуса коллектора
шурупы, гвозди, клей для короба
сварочный аппарат, газовый или электрический
линейка, рулетка
электродрель, молоток, пассатижи, отвертка

Во время работы могут пригодиться и другие инструменты, перечислены только самые необходимые материалы и приспособления.

Монтаж батареи

Трубы свариваются между собой. По размерам собирается короб, днище которого тщательно утепляется и покрывается слоем оцинковки. Трубы укладываются на нее, тщательно прикрепляются с помощью хомутов или металлических полосок. Все внутренние элементы — стенки, днище, трубки — окрашиваются в черный цвет. Затем укладывается прозрачный лист поликарбоната или стекла и тщательно герметизируется, чтобы не было доступа наружного воздуха внутрь корпуса. Внешние части (кроме стекла) окрашиваются в белый цвет.

Все элементы собираются между собой. Присоединения производятся на сварку, или на соответствующие фитинги, имеющие собственные способы монтажа. Расположение коллектора в обязательном порядке выбирается таким образом, чтобы в период максимального падения солнечной энергии он находился повернут лицевой (фронтальной) плоскостью к солнцу под прямым углом.

Важно! В течение года положение коллектора требует регулировки, поэтому следует предусмотреть такую возможность.

Усиливаем эффект с помощью пластиковых бутылок

Если на полудюймовые трубки натянуть прозрачные пластиковые бутылки, эффективность нагрева заметно увеличится. Необходимо подобрать нужное количество бутылок, просверлить днища, снять крышки и одну за другой надеть на трубки. Они будут работать как термосы, создавая дополнительную отсечку от внешнего пространства и обеспечивая парниковый эффект в небольшом объеме. Как вариант, используют не стальные, а пластиковые трубы для полива, обязательно черного цвета. Этот способ позволит обойтись без сварки, а вода, циркулируя по шлангу, успеет хорошо прогреться и получить достаточно высокую температуру.

Монтаж солнечного коллектора

Оптимальным местом для установки системы является солнечная сторона дома. Коллектор устанавливается на основание, желательно как можно ближе к стенам дома. Накопительная емкость располагается внутри, за стеной, соединительные трубопроводы проводятся сквозь отверстия в стене. Сложность заключается в необходимости обеспечить правильные перепады высот и расстояния между узлами системы, чтобы исключить потери тепловой энергии при перемещении потоков. Если все величины удается обеспечить, то работа системы станет наиболее эффективной. Вода в накопительной емкости не будет остывать так быстро, как на улице, для чего можно ее дополнительно утеплить. Для разводки труб внутри дома понадобится меньшее количество трубопроводов, потери тепла снизятся до минимума.

Менее удачный вариант — установка накопительной емкости на улице. При этом температура воды будет быстро падать, снижая эффективность системы. Такой способ можно рассматривать только как временный, рассчитанный на пользование до тех пор, когда завершится монтаж системы, расположенной внутри дома.

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

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:
1. 1. 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.

1. зависимость от электричества — всесезонные системы работают с принудительной циркуляцией теплоносителя. При отключении напряжения теплоноситель может закипеть.
1. долгая окупаемость — в случае отопления, работа коллектора большую часть осуществляется при отрицательных температурах. Теплоэффективность гелиосистемы снижается. Время окупаемости увеличивается до 6-7 лет.
- 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:
  1. 1. срок эксплуатации от 30 до 50 лет;
1. 1. присутствует антивандальная и противоградовая защита;
  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:
  1. 1. полученная тепловая энергия нагревает теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе от гелиоколлектора до теплообменника бака накопителя;
    1. 1. змеевик внутри бойлера косвенного нагрева отдает тепло окружающей жидкости;
      1. происходит теплообмен, вода для бытовых нужд и отопления нагревается, остывший теплоноситель возвращается обратно к абсорберу.
      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: