Отопление частного дома солнечными батареями: схемы и устройство

Тонкости установки

Рекомендации по монтажу коллектора:

1. Внизу конструкции рекомендуется закрепить клапан дренажа для оттока излишков воздуха;
2. Выполняется утепление всех труб, в которых находится горячая вода;
3. Монтируется специальный клапан, который останавливает циркуляцию теплоносителя при резкой отрицательной температуре. Это нужно, чтобы солнечный водонагреватель не вышел из строя.
4. В местах потребления воды рекомендуется сделать смесители, так как вода бывает очень горячей.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Солнечный коллектор для отопления дома станет прекрасной альтернативой обычным системам обогрева, а постепенно, возможно, вы сможете вовсе отключить все альтернативные источники тепла.

солнечные батареи для частного дома
солнечный коллектор для отопления дома
солнечный водонагреватель
вакуумный солнечный коллектор
солнечные системы
солнечное отопление
солнечные батареи для дома
для отопления
солнечный коллектор своими руками из поликарбоната
солнечные коллекторы для отопления дома
солнечные коллекторы своими руками
солнечные водонагреватели своими руками
солнечное отопление частного дома своими руками
солнечное отопление частного дома
солнечные коллекторы для нагрева воды
аванкамера
воздушный солнечный коллектор своими руками
солнечный нагреватель воды своими руками
отопление солнечными коллекторами
солнечный коллектор своими руками для отопления
воздушный коллектор
схема
солнечная система своими руками
солнечные водонагреватели для отопления
вакуумный солнечный коллектор своими руками
устройство
энергия
установка
система

Типы

Каждый вид имеет свои характеристики и эксплуатационные особенности. Для применения в домашнем хозяйстве используются в основном кремниевые солнечные батареи.

Принцип работы кремниевых солнечных батарей:

• на кремниевую (кремниево-водородную) панель попадает солнечный свет;
• материал пластины изменяет направление орбит электронов, после чего преобразователи дают электрический ток.

Эти устройства можно условно поделить на четыре вида:

1. Монокристаллические пластины. Отличие этих преобразователей в том, что светочувствительные ячейки направлены только в одну сторону. Это дает возможность получать самый высокий КПД — до 23%. Но при этом панель должна все время быть направлена на источник света (солнце), иначе мощность отдачи существенно снижается. Другими словами, такая панель хороша только в солнечную погоду. Вечером и в пасмурный день такой вид панелей дает немного энергии. Такая батарей станет оптимальной для южных районов нашей страны.
2. Поликристаллические солнечные панели. Пластины солнечных панелей содержат кристаллы кремния, которые направлены в разные стороны, что дает относительно низкий КПД (16-18%). Однако главным преимуществом этого вида солнечных панелей — в отличной эффективности при плохом и рассеянном свете. Такая батарея все равно будет питать аккумуляторы в пасмурную погоду.
3. Аморфные панели. Аморфные пластины получают путем напыления кремния и примесей в вакууме. Слой кремния наносится на прочный слой специальной фольги. КПД подобных устройств достаточно низкий, не более 6-7%. Низкая «отдача» объясняется тем, что под действием солнечных лучей тонкий слоя кремния выгорает. Практика показывает, что после двух-трех месяцев активной эксплуатации аморфной солнечной панели эффективность падает на 10-15%, в зависимости от производителя.

   Срок службы таких панелей не более трех лет. Преимущество их в низкой стоимости и возможности преобразовывать энергию даже в дождливую погоду и туман.

4. Гибридные солнечные панели. Особенность таких блоков в том, что в них объединены аморфный кремний и монокристаллы. По параметрам панели похожи на поликристаллические аналоги. Особенность таких преобразователей в лучшем преобразовании солнечной энергии в условиях рассеянного света.

Преобразователи из полимерной пленки.

Особенность ее в том, что она легкая, удобно гнется, скручивается и не ломается. КПД такой батареи составляет всего 5-7%, однако низкая стоимость и удобное использование делает такой вид солнечной батареи очень популярной.

Совет специалистов: покупайте оборудование только на проверенных ресурсах и в специализированных магазинах. Это сэкономит время, нервы и деньги.

Устройство коллекторов

Солнечные коллекторы для отопления предполагают преобразование тепловой энергии. Тепловой носитель под воздействием света нагревается и в дальнейшем отдает тепло. Эффективность тепла, получаемого от солнечных коллекторов, зависит от объема светового потока, и влияет на отопление.

Разновидности коллекторов:

• в качестве теплоносителя применяется антифриз;
• в качестве теплоносителя употребляется воздух.

Если применяется жидкостный теплоноситель, то различают плоские и трубчатые коллекторы.

Плоские коллекторы состоят из:

• абсорбер – поглощает лучи света;
• прозрачный слой;
• поверхность с изоляцией тепла.

Плоские коллекторы оснащены трубками, уложенными в виде змейки. Трубки имеют по два отверстия – входное и выходное. Возможно подключение от одного или двух патрубков.

Трубчатые коллекторы, как и плоские, содержат трубки, по которым движется теплоноситель. Трубчатые коллекторы снабжены двумя категориями трубок. Первая категория – коксиальные. Их конструкция состоит из трубки, помещенной в другую трубку. Причем концы у обеих запаяны. Между стенками получается вакуум. Вторая категория – перьевые, состоящие из одной трубки. Она содержит адсорберную перьевую планку.

Воздушные коллекторы предполагают воздушную передачу теплоты. Поток воздуха поддается регулированию с учетом температуры помещения и уровня нагрева коллектора. Воздух из коллектора имеет прямую возможность поступать в помещение либо в вентиляционную систему. Воздушные коллекторы подходят для отопления гаража или дачи. Они обычно крепятся на стену.

Выбор типа отопления

Как выбрать солнечную батарею для дома – этот вопрос интересен многим, желающим приобрести этот тип подачи тепла для жилища. Для южных областей лучше выбирать плоский вид коллектора, так как при таких условиях эффективность установки будет выше.

Воздушные коллекторы служат вспомогательным солнечным оборудованием для отопления. Они хорошо нагреваются солнцем, но при пасмурной погоде возникают проблемы. Гелиосистемы такого типа прекрасно впитывают энергию зимой, когда лучи еще отражаются от снега. Таким образом, выбрать солнечные батареи можно с учетом целей применения и климатических условий.

Солнечные системы отопления, работающие от батарей, чаще всего находят применение при взаимодействии с другими видами отопительных приборов, работающих от электричества. Солнечные панели можно совместить с электрическими аккумуляторами и получить дополнительное электричество для дачи. Хотя гелиосистемы для отопления в этом случае потребуют большую площадь дома.

Монтаж

Это оборудование можно располагать на кровле. При этом монтаж солнечных батарей на крыше требует либо ее переделку, либо замену какой-либо части на пластины нагревателей. Можно подбирать нагреватели, внешне похожие на кровельный материал. Еще из выбираемых панелей солнечных батарей можно заменить полностью небольшую крышу.

Монтаж солнечных батарей включает основные этапы:

• панель устанавливается на крышу дома;
• на какой-нибудь стене размещается контролер (для низковольтных приборов);
• установка аккумулятора;
• подсоединение инвертора (для высоковольтных приборов).

Гелиосистемы для отопления дома необходимо устанавливать с помощью специальных квалифицированных служб.

Солнечная система отопления в зимний период может быть очищена от снега специальной щеткой.

Существует много мнений насчет того, что солнечные обогреватели слишком долго окупаются и обладают низкой эффективностью. Несмотря на это появляется все больше людей, которые используют солнечные батареи для отопления дома в комплекте с другими источниками. Ведь многие стремятся сэкономить средства благодаря гелиосистемам в столь нестабильной экономической ситуации. А обогреватель на даче, работающий на солнечных батареях, снижает многие затраты.

Метод увеличения производительности

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

Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования

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

Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.

Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.

Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

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

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %

Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

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

Схемы подключения к системе отопления

Обогрев частного дома на солнечных батареях можно организовать как с использованием фотоэлектрических батарей, так и с помощью солнечных коллекторов. В зависимости от выбора оборудования, природных условий и времени эксплуатации схемы подключения отличаются. Система может работать как автономно, так и в тандеме с существующей системой отопления.

С водяным коллектором

Различают зимние и летние варианты подключения водяного коллектора к системе отопления частного дома. В летнем варианте тепло обычно используется для горячего водоснабжения (например, на даче). Система в таком исполнении может использоваться без насоса для циркуляции жидкости. Циркуляция воды и теплообмен будут происходить за счет естественной конвекции. В качестве теплообменной жидкости чаще всего выступает вода.

Летняя схема подключения солнечного коллектора

Коллектор нагревает воду, которая, за счет конвекции, поступает в накопительный бак, где и происходит теплообмен. Охлажденная жидкость подается обратно на коллектор. По мере расходования горячей воды из накопительного бака, снизу в него поступает холодная вода от источника водоснабжения.

Система на естественной циркуляции сама по себе не сложная, но при этом неустойчива и требует тщательного монтажа, с соблюдением углов наклона. Бак должен быть расположен выше, чем коллектор, и для повышения эффективности, его нужно хорошо утеплить.

Если в летнюю систему добавить насос циркуляции, датчики температуры и контроллер, то система станет много эффективнее. В этом случае, датчики температуры устанавливаются на выход из коллектора и в накопительный бак. Ориентируясь на показания датчиков температуры, контроллер будет запускать или останавливать циркуляционный насос, тем самым регулируя температуру воды.

Схема подключения солнечного коллектора с насосом циркуляции

Варианты реализации отопления и горячего водоснабжения могут быть различными. Но, если систему планируется использовать зимой в средних широтах, то стабильно работать она будет только в связке с существующей системой отопления, дополняя или дублируя её. Например, можно реализовать систему теплый пол от солнечных батарей, а основную систему отопления радиаторами, сделать с помощью газовых или электрических ТЭНов. В холодные периоды температуру в доме всегда можно поддержать обычной системой отопления.

С солнечной батареей

Как и в схеме с коллектором, создать достаточно мощную систему отопления частного дома на от солнечной батареи на фотоэлектрических элементах, будет стоить очень дорого. Примерная площадь только самих батарей потребуется около 30 м2. Аккумуляторы нельзя разряжать ниже 30% уровня, что также потребует большой начальной ёмкости. Поэтому электрическую станцию на солнечных батареях можно так же монтировать в тандеме с общей сетевой. Установка даже не очень мощной и недорогой системы сэкономит затраты на электроэнергию, и компенсирует перебои напряжения.

Схема подключения солнечной электростанции в частном доме

Система состоит из:

• солнечных элементов;
• инвертора;
• аккумуляторных батарей;
• контроллера заряда.

Ток с солнечных панелей поступает на контроллер заряда, который регулирует заряд аккумуляторов, и распределяет ток между аккумуляторами и потребителем. Если от солнечных элементов поступает мало энергии, и аккумуляторы разряжены, то питание потребителей происходит от городской сети.

Инвертор преобразует постоянный ток в переменный однофазный 220 В. В некоторых системах функции инвертора и контроллера могут быть объединены в одном устройстве.

Гибридные системы обладают большой устойчивостью, и экономят электроэнергию. Но их можно и разделить по тому же принципу: отдельные обогреватели в доме можно запитать от розеток, работающих на солнечных батареях, остальные — от городской системы энергоснабжения. Если вторую систему снабдить системой автоматического регулирования, то температура в доме будет поддерживаться на требуемом уровне, при этом по максимуму будут использованы возможности солнечной электростанции.

Как отапливаются дома за счет солнечной энергии?

К решению об установке в своем доме системы отопления с помощью солнечных батарей следует подходить взвешенно, оценив все «за» и «против», поскольку приобретение самых батарей, дополнительного оборудования и непосредственно сам монтаж потребует значительных расходов. Мы поговорим об этом предметно в конце статьи, а пока рассмотрим из чего состоит оборудование для отопления дома солнечной энергией.

Работает данная система за счет установке на крыше дома устройств прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, эти устройства еще называют солнечными панелями или фотоэлементами. Встроенные в них фотоэлектрические системы, вырабатывающие ток под воздействием солнечного света, изготавливают из полупроводниковых материалов. Соединение фотоэлементов в модули, а тех в свою очередь друг с другом, позволяет создавать фотоэлектрические станции практически любого размера и мощности.

Фотоэлементы работают на основе физического принципа, при котором ток образуется благодаря воздействию света между двумя полупроводниковыми элементами с разными электрическими характеристиками и находящимися в контакте друг с другом. Из множества таких элементов и создаются солнечные панели или модули.

Фотоэлектрические модули вырабатывают постоянный ток, используемый в большинстве устройств, работающих от аккумуляторных батарей. Если же необходим постоянный ток, то к системе добавляют инвертор.

Оборудование для обеспечения загородного дома, дачи или коттеджа солнечной энергией состоит из следующих компонентов:

• Фотоэлектрическая панель;
• Концентратор;
• Следящая система;
• Поворотный механизм;
• Теплообменник;
• Блок управления;
• Насос;
• Аккумуляторы;
• Инвертор.

Установка такой системы несложна, ее можно выполнить своими силами за несколько часов, если следовать инструкции. Хотя, учитывая опасность работ, связанную с риском поражения током или падения с крыши, мы настоятельно рекомендуем поручить это дело профессионалам.

Выбираем солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора

Для эффективной работы отопления с помощью солнечной энергии рекомендуется установка коллекторов. Они представляют собой систему трубопроводов, по которым протекает теплоноситель. Для защиты и лучшего фокусирования солнечной энергии конструкция защищена прозрачной стеклянной панелью.

Для повышения эффективной работы оборудования в нем можно использовать различные типы теплоносителя, которые не изменят своих свойств под воздействием отрицательных температур

Это важно для регионов с холодной зимой. Кроме этого необходимо тщательно проанализировать предложения на рынке и выбрать оптимальную конструкцию

В настоящее время производители предлагают несколько способов организации отопления частного дома солнечными коллекторами:

• Вакуумные коллектора. Оптимальный вариант для организации пассивной системы солнечного отопления. Характеризуются практически полным отсутствием тепловых потерь;
• Плоские коллектора. Экономный вариант солнечного отопления. Представляют собой систему труб, защищенных прозрачным материалом. Чаще всего используются для горячего водоснабжения в летний период. Применение для комбинированного солнечного отопления требует учета графика температур в зимний период и тщательный выбор теплоносителя.

Выбор во многом определяется предварительными расчетами – требуемой мощности и периодичностью работы теплоснабжения. В качестве эконом варианта можно рассматривать возможность самостоятельного изготовления плоских коллекторов для отопления солнечной энергией своими руками.

Вакуумные коллекторы для отопления

Конструкция вакуумного солнечного коллектора

Одной из проблем эксплуатации солнечных радиаторов для отопления дома являются большие тепловые потери. Они обусловлены особенностями эксплуатации – панель должна находиться вне отапливаемого помещения для поглощения солнечной энергии. Для решения этого вопроса был разработан вакуумный солнечный коллектор для системы отопления.

Конструкция вакуумных коллекторов состоит из внешнего корпуса и внутренней системы стеклянных труб. Для лучшей изоляции трубопроводы отделены от внешней среды вакуумной прослойкой с разряженным воздухом. Фактически вся установка представляет собой большой прозрачный термос.

Специфика вакуумного солнечного коллектора в системе отопления заключается в следующем:

• Использование в качестве теплоносителя специальной жидкости с низким порогом закипания. При этом происходит более эффективная передача тепловой энергии через теплообменник основному теплоносителю отопления – воде;
• Нанесение на внутреннюю поверхность специального покрытия, увеличивающего поглощательную способность тепловой солнечной энергии;
• Независимость работы от внешней температуры воздуха.

Для нормального функционирования системы потребуется обеспечить надежную теплоизоляцию теплообменника. Также следует утеплить трубопровод в местах прохождения через неотапливаемые помещения – чердак, кровельный пирог. Для расчета солнечного коллектора для отопления можно применять стандартные схемы. Но нужно учитывать, что его работа будет неэффективной при снижении температуры теплоносителя в контуре до +22°С.

Плоские солнечные коллекторы для отопления

Плоский солнечный коллектор

Для создания солнечной системы отопления частного дома с минимальными затратами чаще всего устанавливают плоские коллектора. Они отличаются от вакуумных упрощенной конструкцией. Однако при этом увеличиваются требования к их эксплуатации.

Плоский коллектор также имеет внутреннюю систему трубопроводов. Однако она изготавливается из медных или полимерных труб. Для защиты используется поликарбонат или каленое стекло. Внутренняя поверхность изолируется утеплителем – минеральной ватой или пенопластом. Под воздействием солнечных лучей происходит нагрев трубок и как следствие – повышение температуры теплоносителя.

Для плоского солнечного коллектора в системе отопления существуют жесткие эксплуатационные ограничения:

• В качестве теплоносителя можно использовать только антифриз. В противном случае произойдет замерзание воды и разрушение трубопровода;
• Для лучшей циркуляции при передаче тепла необходим монтаж насоса;
• При температуре ниже -10°С эффективность работы системы сильно падает.

Из-за последнего фактора не рекомендуется организация теплоснабжение дома солнечной энергией с помощью плоских коллекторов в регионах с низкими температурами в зимний период. Поэтому чаще всего делают плоский солнечный коллектор для отопления своими руками для горячего водоснабжения летом, весной или осенью.