Выбираем оптимальный вариант солнечного отопления дома своими руками: обзор коллекторов, батарей и инструкции по изготовлению

Насколько целесообразно использовать альтернативные источники тепловой энергии для организации отопления? В настоящее время получили широкое распространение два типа теплоснабжения – геотермальная и гелиосистема. Последняя наиболее популярна. Как сделать солнечное отопление дома своими руками: коллекторы, батареи и схемы монтажа?

Использование солнечной энергии для теплоснабжения

Пример солнечного отопления
Пример солнечного отопления

Одним из определяющих принципов построения любой отопительной системы является целесообразность. Т.е. все капиталовложения должны окупиться за определенный промежуток времени. В этом плане отопление дома солнечной энергией является наиболее эффективным и финансово выгодной инвестицией.

Солнечная энергия по сути является бесплатным источником для получения тепла. Его можно использовать несколькими способами – обустроить систему отопления или сделать автономную систему горячего водоснабжения. Если внимательно изучить отзывы об отоплении от солнечных батарей – можно выявить интересную зависимость. Чем профессиональнее сделано отопление (заводские коллекторы, дополнительное обогревание, электронное управление) – тем выше эффективность работы теплоснабжения.

Какими способами может происходить трансформация солнечной энергии в тепловую?

  • Солнечная батарея отопления – как один из способов получения электрической энергии. Излучение воздействует на матрицу из резисторных фотоэлементов, в результате чего в цепи возникает напряжение. В дальнейшем этот ток можно использовать для подключения к электроприборам отопления;
  • Современное отопление частного дома солнечными коллекторами. В этом случае происходит прямая передача тепловой энергии от солнечного излучения теплоносителю. Последний располагается в системе трубопроводов, расположенных в специальном герметичном корпусе.

Наиболее эффективным является отопление с помощью солнечной энергии последним способом. Таким образом можно избежать дополнительного преобразования энергии. Солнце будет напрямую воздействовать на теплоноситель, повышая его температуру. Однако отопление солнечной энергией своими руками с помощью электрических батарей более универсальное, так как электроэнергия может использоваться для работы других электроприборов в доме. Выбор определяется бюджетом и требуемой мощностью системы.

Во время установки солнечной батареи необходимо соблюдать определённый угол наклона. В зависимости от времени года он должен составлять 30° (лето) и 70° (зима).

Актуальность организации гелиосистемы

Монтаж солнечных батарей
Монтаж солнечных батарей

Перед приобретением или самостоятельным изготовлением преобразователя следует узнать – будет ли отопление частного дома солнечными батареями достаточно эффективным. Для этого необходимо провести детальный анализ всех факторов, влияющих на КПД будущей системы.

Для начала определяется показатель солнечной инсоляции. Это количество солнечной энергии, падающей на поверхность земли в конкретном регионе. От этого будет зависеть степень нагрева теплоносителя или объем генерируемого тока. Солнечные радиаторы для отопления дома в идеальном варианте должны работать независимо от сезона. Однако фактически это получается далеко не всегда.

Солнечная инсоляция
Солнечная инсоляция

Также пассивная система солнечного отопления может изменять свою эффективность работы из-за угла наклона панели. Он же зависит от сезона. Для определения теоретически возможной энергии можно воспользоваться данными из таблицы.

Уже на основе этих данных можно сделать расчет солнечного коллектора для отопления с учетом его технических и эксплуатационных характеристик. Но кроме этого следует учитывать такие факторы:

  • Местонахождение дома. Падению солнечных лучей не должны препятствовать природные или искусственные объекты – горы, высокие дома, высокий лес и т.д;
  • Место для установки. Комбинированное солнечное отопление потребует большого пространства – от 2 до 10 м². Чаще всего для этого используют крышу дома. При этом она должна быть адаптирована для монтажа коллекторов или солнечных батарей;
  • Требуемая тепловая мощность. Зачастую солнечные системы отопления частного дома используются в качестве вспомогательных.
Значения солнечной энергии (кВт/ч) для регионов России
Значения солнечной энергии (кВт/ч) для регионов России

Только после этого анализа можно приступать к выбору определенной схемы альтернативного теплоснабжения дома. Предварительно рассчитываются тепловые потери в доме, определяется оптимальный тепловой режим работы отопления. Если солнечный коллектор в системе отопления будет вспомогательным – к его номинальной мощности прибавляется этот же показатель основной системы теплоснабжения.

При расчете нужно учитывать массу оборудования. Поверхность кровли должна выдержать эту нагрузку.

Солнечные батареи для отопления

Конструкция солнечных батарей
Конструкция солнечных батарей

Нередко происходит путаница — солнечные коллекторы также называют батареями. Но на практике для организации отопления дома солнечной энергией чаще всего используют именно первый вид оборудования.

Принцип работы отопления частного дома солнечными батареями заключается в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Для этого в конструкции панелей предусмотрены следующие компоненты:

  • Фотоэлементы. При попадании на них солнечного света происходит формирование так называемого фототока;
  • Защитный прозрачный корпус. Предотвращает повреждение фотоэлементов;
  • Преобразователи электрического тока – инверторы, трансформаторы , аккумуляторы и т.д.

Т.е. фактически солнечная батарея отопления является большим зарядным устройством. В первую очередь она предназначена для получения дешевой электрической энергии. Применение ее в качестве одного из элементов отопления нецелесообразно. Для теплоснабжения дома площадью 60 м² с нормальным показателем утепления потребуется 6 кВт тепловой энергии в час. У стандартной солнечной батарея отопления размером 284*254 мм удельная мощность равна 5 Вт/ч. Т.е. для обеспечения теплоснабжения потребуется площадь покрытия батарей 82 м².

Как видно из расчетов это более чем нецелесообразно. Именно поэтому предпочитают делать солнечный коллектор для отопления своими руками или приобретать заводские установки.

Вместо отопления частного дома солнечными батареями их можно использовать в качестве источника дешевой электроэнергии для работы маломощных бытовых приборов.

Выбираем солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора
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.

Во время выбора монтажной схемы необходимо учитывать площадь конструкции. Она будет обладать определенным показателем парусности.

Вакуумные коллекторы для отопления

Конструкция вакуумного солнечного коллектора
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.

В зимний период необходимо очищать поверхность коллектора от снеговой шапки. Поэтому нужно заранее продумать способ для выполнения этого мероприятия.

Плоские солнечные коллекторы для отопления

Плоский солнечный коллектор
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.

Специалисты рекомендуют делать теплоснабжение с помощью солнечной энергии на основе плоских коллекторов только в южных регионах страны с относительно теплой зимой.

Солнечный коллектор своими руками

Солнечный коллектор из поликарбоната
Солнечный коллектор из поликарбоната

Необходимо сразу отметить, что для обеспечения отопления солнечной энергией коллектор своими руками не подойдет. Для этого следует воспользоваться схемой производства вакуумной конструкции, рассмотренной выше. Но в домашних условиях сделать ее практически невозможно из-за отсутствия необходимого оборудования и расходных материалов. Поэтому рассмотрим один из самых простых способов изготовления солнечная батарея отопления для горячего водоснабжения.

Для производства потребуются следующие расходные материалы:

  • Лист сотового поликарбоната. Для горячего водоснабжения дачи или небольшого дома с помощью солнечного коллектора для отопления своими руками достаточно будет листа размером 2*1 м;
  • Труба ПВХ, фитинги и гибкие шланги. С их помощью будет сделана система циркуляции нагретой воды и подача ее потребителю;
  • Профиль каркасный для гипсокартона и листы пенопласта. Они необходимы для создания защитного корпуса в пассивной системе солнечного теплоснабжения.
Изготовление солнечного коллектора
Изготовление солнечного коллектора

Соты должны располагаться горизонтально для лучшего нагрева воды. Затем в трубах ПВХ делают продольные разрезы. Через них будет поступать нагретая воды из листа поликарбоната. В полученные разрезы устанавливается лист. Он не должен заходить в трубу до упора.

С помощью термопистолета выполняется изоляция швов. Без этого инструмента велика вероятность возникновения протечек в отопление и ГВС дома солнечным коллектором. Перед установкой в каркас обязательно следует провести испытания герметичности конструкции. Для этого ее следует заполнить водой и визуально проконтролировать отсутствие протечек.

Для изготовления каркаса потребуются оцинкованные профили для гипсокартона. Они будут выполнять защитные функции, аналогичные корпусу солнечного радиатора для отопления дачи. Под лист поликарбоната устанавливается слой утеплителя, затем ложится солнечный коллектор, изготовленный самостоятельно. Для более эффективного нагрева рекомендуется покрасить лист в черный цвет.

При расчете солнечного коллектора для теплоснабжения учитывается положение солнца в определенный момент дня. Наибольшая эффективность достигается, когда угол падения лучей строго перпендикулярен поверхности конструкции.

Оптимальным вариантом является использование солнечных систем теплоснабжения частного дома в качестве вспомогательных. Для лучшей эффективности рекомендуется установить тепловой аккумулятор. Вода в нем будет от коллектора нагреваться днем, а в темное время суток накопленная тепловая энергия передастся основному теплоносителю в системе.

В видеоматериале показан пример изготовления солнечного коллектора из полимерных труб: