Солнечное отопление для частного дома — панели или коллекторы?

Солнечное отопление для частного дома — панели или коллекторы?

Для отопления дома солнечной энергией можно использовать несколько подходов: установить фотоэлектрические панели или коллекторы. У каждого варианта есть свои нюансы как по цене, так и по практичности.

Отопление солнечными батареями

Это решение предполагает использование отопительной системы, работающей на электроэнергии. Непосредственно греть воду и обеспечивать её циркуляцию по трубам будет электрокотёл, а за его питание будут отвечать фотомодули, установленные на крыше дома.

Кроме солнечных батарей для работы электростанции понадобится инвертор, блок аккумуляторных батарей и контроллер заряда.

В идеальных условиях днём котёл будет работать от панелей, а ночью — от аккумуляторов. Но в нашем случае речь идёт о зимнем периоде, когда количество солнечных дней стремится к минимуму. И если пасмурная погода установится на несколько суток, то останется только подключаться к центральной сети, чтобы не замёрзнуть.

Ниже приведём пример расчётов, и будет наглядно видно, что обычная солнечная электростанция просто не сможет в одиночку питать котёл отопления, т.к. это мощное устройство, а панели зимой работают крайне неэффективно.

Вывод: только на солнечных батареях отопление работать будет, но это неоправданно по бюджету, т.к. нужно устанавливать электростанцию с большой площадью модулей. Зимой они может и потянут отопление, но в остальное время будут вырабатывать огромные излишки электричества.

Единственный логичный вариант — использовать стандартную гелиосистему, которая будет обеспечивать энергией всё домохозяйство круглогодично: летом она сможет покрыть все потребности, зимой — частично, в том числе и отопление.

Сколько панелей понадобится

Эффективность батарей напрямую зависит от интенсивности солнечного сияния, которое зимой на минимальных значениях. Этот показатель индивидуален для каждого региона. Посмотреть его можно здесь.

Для примера возьмём простые исходные данные:

• Нужно запитать котёл на 6 кВт.
• Котёл будет работать в среднем 6 часов в сутки.
• Дом находится в Краснодарском крае.

Для начала просчитываем общие потребности нашей системы отопления. Перемножаем мощность котла на время использования: 6*6 = 36 кВт — это суточный расход. Значит в месяц получится около 1 000 кВт. Если прибавить расходы на работу инвертора и контроллера, а также потери при разряде-заряде аккумуляторов, то можно округлить до 1 300 кВт.

Теперь смотрим таблицу инсоляции в Краснодарском крае. Здесь мы имеем среднее для зимы значение 2,13 кВт/ч на м 2 . Именно столько можно максимально выжать в месяц с 1 м 2 хорошей фотопанели, но это в идеальных условиях. Также находим в Интернете информацию о количестве солнечных дней в данном регионе. Зимой в Краснодаре в среднем 7 ясных дней в месяц.

Для такого энергозатратного проекта сразу возьмём панели помощнее, например, на 450 Вт. По результатам просчёта можно будет попробовать и другие варианты.

Исходя из данных инсоляции и количества солнечных дней, посчитаем, сколько такая панель сможет выжать в зимнее время. Для этого используем формулу:

Затраты

Выше мы говорили, что бессмысленно пытаться сделать солнечное отопление только на фотоэлектрических батареях, т.к. их понадобится очень много, а летом они будут просто простаивать. Поэтому лучше использовать стандартную мощную электростанцию, которая будет работать круглый год и частично покрывать расходы на отопление.

Электростанция на 10 кВт под ключ обойдётся около 600 тыс. рублей. Цена электрического котла отопления зависит тоже от мощности. Например, устройство на 6 кВт может отопить около 60 м² площади. Его цена — около 40 тыс. руб.

Солнечное отопление коллекторами

Для отопления солнцем кажется целесообразнее использовать коллекторы — система из трубок со специальным теплопроводящим веществом внутри.

Коллекторы размещаются на крыше и благодаря конструктивным особенностям собирают максимум солнечной тепловой энергии.

Если просто, то работает всё так:

1. Солнце нагревает коллектор.
2. Это тепло передаётся в теплообменный бак
3. Через бак вода, равномерно прогреваясь, циркулирует по системе.

Есть и варианты, которые нагревают воздух, а не воду в трубах.

У коллекторов тоже большая зависимость от сезонности и количества безоблачных дней, поэтому зимой такой источник тепловой энергии лучше использовать в качестве дополнительного к основному отоплению. Летом же солнечный коллектор может полноценно обеспечивать дом горячей водой.

Виды солнечных коллекторов

По конструктивным особенностям выделяют коллекторы:

• Панельные. Поверхность металлической панели нагревается и передаёт тепло проходящим через неё трубкам с жидкостью. При низких температурах такая система перестаёт справляться с задачей, а теплопроводящая жидкость вообще может замёрзнуть.
• Вакуумные. Состоят из вакуумных трубок, внутри которых находится вещество с высокой теплопроводимостью. Такие коллекторы максимально эффективны и работают даже в сильный мороз.

По типу энергоносителя:

• Жидкостные. Здесь система устроена так, чтобы передавать всё тепловую энергию жидкости, которая циркулирует по трубам.
• Воздушные. Вместо жидкого теплоносителя в таких коллекторах воздух, который, нагреваясь от солнца, распределяется по помещению. Они менее эффективны и не так практичны, т.к. такая энергия не может быть подключена к водопроводной системе.

Оптимальным вариантом будет вакуумный коллектор с жидкостной системой. Они надёжны и имеют наивысший КПД.

Затраты

Стоимость вакуумного коллектора под ключ для обогрева площади 50-100 м 2 обойдётся в 400 тыс. рублей.

Что выбрать: солнечные панели или коллектор

Отопительная система на электричестве сама по себе дорогостоящая, а пытаться сделать её полностью автономной, используя гелиопанели, — это безнадёжное дело. Чтобы зимой собрать достаточное количество солнечной энергии для электрокотла, придётся ставить не один десяток модулей, которые ближе к лету просто будут простаивать.

Коллекторы с задачей отопления справляются эффективнее, но полностью среднестатистический дом обогреть сложно. Поэтому в любом случае солнечное отопление можно рассматривать только в качестве вспомогательной системы.

Гелиосистемы — принцип работы, плюсы и минусы

Солнечные батареи становятся все более и более популярными не просто так. Эта статья расскажет не только, как правильно использовать солнечное тепло, но и об устройствах и видах коллекторов. Знание принципов работы, плюсов и минусов альтернативной тепловой системы поможет максимально эффективно и экологично использовать гелиоустановки.

Способы использования солнечной энергии

Использование солнечной энергии нельзя назвать самым инновационным, оно давно практикуется в жарких странах, где теплые лучи светят круглый год. В более пасмурных регионах гелиосистемы не используют как основной вариант из-за малого количества излучения. Такое отопление с помощью солнечных батарей рационально только для районов, где солнечных дней не менее 200 в год.

Важно! В некоторых северных странах солнечных дней намного больше, чем в южных. Например, в пасмурной Великобритании естественного излучения меньше, чем в Канаде и северной части России.

Для получения солнечной энергии необходимо три пункта:

• Естественное излучение
• Коллекторы или солнечные батареи
• Механизмы, переводящие тепло в энергию

Батареи состоят из фотоэлементов на одной стороне и фиксирующего механизма на другой. Они аккумулируют солнечную энергию, которую позже возможно применять в бытовых целях. Сделать такую самому довольно сложно, лучше довериться многочисленным магазинным вариантам.

Гелиосистемы – это солнечные коллекторы, которые обычно располагают на высоких крышах или специальных щитах. Гелиосистемы для отопления могут стать полноценными и заменить даже традиционный вариант.

Панели часто размещают на механизмах, которые как подсолнухи, поворачиваются в сторону солнца, что делает процесс более продуктивным.

Разница между гелиосистемами и солнечными батареями в том, что одни нагреваются, а вторые аккумулируют электроэнергию.

Эффективное использование энергии солнца

Энергия солнца не производит вредных выбросов и является одним из самых экологически чистых источников. Она доступна для частных лиц, приносит небольшую пользу даже в плохую погоду и не производит шума.

Чтобы максимально эффективно использовать панели и не терять КПД, необходимо тщательно следить за их чистотой. Парадокс состоит в том, что отопление чаще всего требуется либо ночью, либо зимой, когда поступает минимальное количество света. А солнечные коллекторы способны накапливать тепловую энергию лишь ненадолго, что делает их практически бесполезными в такие периоды времени.

Важно! Отопление от солнца нельзя просто купить и пассивно получать энергию.

Не стоит забывать о затратах на ремонт и специальное оборудование.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечные коллектор – это простая конструкция из трубок, по которым течет теплоноситель (вода, антифриз, воздух или газ). Они дешевые, но недостаточно эффективные, чтобы отапливать частные дома. Без изоляции тепло держится недолго и пойдет только на нагрев воды в теплое время года. Конструкция настолько простая, что их часто мастерят самостоятельно. Устанавливают коллекторы в солнечных и безветренных районах со стабильно высокой температурой.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые коллекторы отличаются открытым типом строения, более защищенного, чем предыдущий тип. По трубкам так же циркулирует теплоноситель, но каждая из них крепится отдельно, облегчая монтаж. От их количества зависит мощность. Таким системам не нужно поворачиваться вслед за солнцем, чтобы собирать энергию в течение всего дня, так как им помогает цилиндрическая форма. Однако установку так же нужно постоянно чистить, и высокая стоимость придется не каждому по душе.

Плоские закрытые системы

Плоские системы достаточно эффективные при средней стоимости и способны работать даже на морозе. Простые безвакуумные конструкции менее продуктивны, но дешевле, и их легче чинить, то есть увеличен срок службы.

Из чего состоит гелиосистема

Комплектующие зависят от вида батареи, но в каждой из них присутствуют:

• Вакуумный солнечный коллектор
• Насос, циркулирующий теплоноситель
• Бак для горячей воды (500-1000л)
• Контроллер, проверяющий продуктивность
• Тепловой насос или электрический ТЭН

Без них система не будет функционировать. Правильное использование и монтирование каждого элемента написано в инструкции.

Солнечное отопление частного дома

Солнечная система отопления нуждается, помимо фотоэлементов, в цепи с баком для нагрева воды. Когда она достигнет нужной температуры, то заполнит трубы жилого помещения.

Элементы для устройства солнечных батарей делятся на 3 вида:

• Аморфные (пленочные). Самый дешевый и низкопроизводительный вариант.
• Монокристаллические из чистого кремния – самые производительные (КПД 17-18%). Наилучшая температура использования 5-25ºС
• Поликристаллические – легче производятся, однако КПД около 12%

В северных районах чаще всего устанавливают фотоэлектрические батареи из монокристаллических или экономных аморфных элементов.

Получение солнечной энергии сильно варьируется в зависимости от внешних факторов и расположения, поэтому универсальной формулы, сколько нужно элементов для отопления дома, не существует. Для начала, стоит выяснить, сколько излучения получает данный регион по специальной карте (инсоляция), а затем рассчитать примерное количество, учитывая площадь дома. Однако для устройства отопительной системы требуется в 2-3 раза больше энергии. Проще говоря, нужно оставлять большой запас.

Чтобы переводить солнечную энергию в электричество для бытовых приборов и освещения, необходим инвертор. Такой модуль обычно устанавливается в легкодоступном месте дома, но не нуждается в постоянной слежке.

Устройство и принцип работы

В целом, солнечное отопление делится на батареи и коллекторы:

Обогреватель на солнечных батареях – более дорогой способ, для которого нужно много специального оборудования. Фотоэлектрические элементы располагают на открытом воздухе под углом наиболее близком к перпендикулярному падению солнечных лучей. Солнечный обогреватель работает так: накопленный в аккумуляторных батареях ток из электрического превращается в переменный и переходит в отопление, осветительные или бытовые приборы.

Солнечные коллекторы – проще и дешевле для установки и обслуживания. В них теплоноситель нагревается, аккумулируется в баке и разносится по дому. Мощность не такая высокая, так что оптимальнее использовать коллекторы для теплого пола. Ночью системы используют оставшееся тепло, полученное за день. Чтобы его не потерять, рекомендуется хорошо утеплять накопительную емкость.

Виды отопления

Помимо деления на плоские, вакуумные трубчатые и открытые коллекторы, гелиоустановка для отопления также делится на воздушную и водяную. Существуют еще дорогие концентрационные, но они используются в промышленных масштабах, поэтому о них речи не пойдет.

Отопление на водяных коллекторах

Летом водяные коллекторы подключают для освещения, бытовых приборов так как дом топить не нужно. Чаще всего, такая гелиосистема используется для нагрева воды. В таком случае, их устанавливают на открытом воздухе, а бак чуть выше. Вода нагревается и поступает в накопительную емкость, которая пустеет по мере разбора. Для этого в коллектор поступает подпитка, которая получает тепло. Такую конструкцию при желании можно соорудить самостоятельно.

Зимой все немного сложнее: в коллекторе циркулирует, благодаря циркулярному насосу, не только теплоноситель, но и антифриз (тот же нагретый теплоноситель). Второй поступает в змеевик теплообменника. В первой петле подается антифриз, а во второй теплоноситель, переносясь из отопительного контура в систему и обратно). Если естественной циркуляции теплоносителя не хватает, используют насос. Как ранее упоминалось, выгоднее использовать энергию для теплого пола, чтобы помещение грелось круглосуточно.

Обогрев воздушными гелиосистемами

Самые простые плоские конструкции используют, чтобы дополнительно обогреть воздух в доме, наладить его циркуляцию или просушить помещение (бани, закрытые бассейны). Воздушные гелиосистемы состоят из алюминиевой рамы и поглощающего темного листа. Также имеется воздуховодная система, накрытая прозрачным стеклом. Чтобы поглощающая пластина не теряла лишнее тепло, все утеплено стекловатой. В случае, если естественная циркуляция не работает, в систему добавляют вентилятор.

Что эффективнее: воздушный коллектор или водяной

Воздушная гелиосистема для отопления безусловно дешевле, но оказывает влияние только на обогрев или циркуляцию воздуха в жилом помещении. Если необходимо действительно эффективное отопление, то лучше потратиться на более сложные в строении и дорогие водяные коллекторы.

Способы подключения к системе отопления

Гелиосистемы зависят от множества наружных факторов, то есть не могут гарантировать электричество и днем, и ночью, особенно в средней полосе России. Поэтому ими часто дополняют основную отопительную систему и горячее водоснабжение.

Схема с водяным коллектором

Летний и зимний вариант подключения водяного коллектора уже был упомянут ранее (см. Отопление на водяных коллекторах). Схема состоит из контроллера, накопительной емкости и дополнительного нагрева (котел).

Схема с солнечной батареей

Схема солнечной батареи выглядит так: от солнечных панелей энергия переходит к контроллеру заряда, затем к солнечному инвертору и аккумуляторам, которые подключены к генератору и городской сети.

Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы

+ Экология. Солнечная энергия – естественный и безопасный для окружающей среды способ получения тепла.

+ Независимость. Независимо от кризисов и подорожания ресурсов, солнце будет светить бесплатно.

+Экономия. При соединении с обычной отопительной системой, солнечная энергия станет приятной альтернативой, позволяющей сэкономить.

+Доступность. Каждый может установить гелиосистему без специальных разрешений от государства.

— Эффективность. Чтобы проверить выгодно ли использования солнечной батареи в конкретном месте и случае (а универсальной формулы не существует), требуется около 3х лет активного использования.

-Дорого. Установка гелиосистем требует огромных вложений и сможет окупиться только через несколько лет. И не факт, что окупится вообще. Не стоит забывать о постоянных тратах на специальное оборудование и ремонт.

— Зависимость от погодных условий и местоположения частного дома.

— Необходимо наличие резерва. Нельзя полностью отказаться от традиционной системы отопления, хотя резервной чаще становится сама гелиосистема. Было бы неплохо иметь в запасе и сами панели на случай поломки.

— Уход. Чтобы использование батарей было эффективно, их нужно тщательно очищать от малейших загрязнений, следить за исправностью и утеплять, если температура уходит в минус.

Отопление дома солнечными батареями действительно можно воплотить в жизнь, будучи простым частным лицом. Эта перспективная сфера постоянно развивается и пополняется новыми открытиями.

Источник https://nova-sun.ru/solnechnye-kollektory/solnechnoe-otoplenie

Источник https://istochnikienergii.ru/solncze/geliosistemy