Солнечное отопление – наиболее экологичный из способов обогрева частного жилища. Оно хорошо подходит для жителей центральных и южных районов стран СНГ, где поверхность земли получает достаточное количество излучения. Использование солнечного тепла для обогрева жилища поможет сэкономить пространство в помещениях.
Достоинства и недостатки солнечного отопления
Данный вид энергии экологичен, его использование доступно всем и не сопровождается выбросами в окружающую среду вредных соединений. Массовое применение систем солнечного отопления частного дома поможет сохранению природных ресурсов, используемых для обогрева помещения: угли, древесина и газовое топливо. Использование солнечных отопительных конструкций полностью безопасно для жильцов и для внешней среды. О традиционных типах топлива этого сказать нельзя – задымление не слишком благоприятно сказывается на атмосфере, может вызвать слезотечение и дискомфорт у окружающих.
Для экономии полезного пространства участка можно установить систему на крыше. Крепление таких коллекторов поможет также минимизировать затраты места на отопительные приборы в самом помещении. Еще одно преимущество – солнечные панели для дома не издают каких-либо шумов при работе.
Недостатком является то, что не все местности обладают климатическими условиями, подходящими для круглогодичного использования энергии солнца без дополнительных средств отопления. В большинстве регионов России в зимнее время необходимо параллельное использование обогревателей, работающих от электричества, или иных приспособлений подобного назначения. Иногда гелиосистему подключают только для работы в сезоны, характеризующиеся достаточной освещенностью, в темные периоды используют иные теплогенераторы.
Особенности солнечных коллекторов
От прочих типов отопительных систем коллекторы отличаются привязкой к поступлению энергии солнца. Вследствие этого ночью накопление тепла в установке останавливается, однако продолжается отдача в воздух жилища накопленного за дневное время. Эффективность системы определяется продолжительностью светового дня. В теплое время года и в южных широтах использование данного рода отопления показывает наилучшие результаты. Наименее продуктивно оно в декабре, в самое темное время суток. Это связано с коротким световым днем и с углом падения лучей. Просчитывая вклад гелиосистемы в общее теплообеспечение жилища, нужно учитывать, что на протяжении года ее эффективность меняется. Для зимнего отопления в большинстве регионов необходимы электрические приборы, печь или котел.
Большое значение имеют правильный расчет нужной для обслуживания дома площади коллекторных элементов и выбранный угол монтажа. Целесообразно размещать устройства так, чтобы угол наклона равнялся географической широте населенного пункта, где расположено жилище. Лучше всего энергия солнца поглощается коллекторами, чьи рабочие плоскости расположены под прямым углом к падающим лучам. По возможности батареи размещают по направлению к югу. Важно следить, чтобы на поверхности не падали тени, отбрасываемые зданиями или деревьями.
Чтобы КПД работы в зимнее время был выше, угол наклона элементов должен быть немного больше. Летом, в свою очередь, продуктивность будет немного ниже, но это не должно негативно сказаться на качестве жизни владельцев дома.
Элементы отопительной системы
Существуют несколько типов устройства солнечной батареи, но принцип устройства большинства отопительных систем на их основе идентичен. Иногда в конфигурацию могут вноситься дополнительные компоненты.
Основные элементы установки:
- вакуумные коллекторные устройства;
- контроллер, отвечающий за руководство системой;
- аккумуляторный бачок для подогретой воды;
- насос, несущий теплоноситель от батареи к аккумулятору;
- ТЭН, работающий от электрической сети.
Вместо ТЭНа в роли доводчика может выступать и другая деталь. Иногда такую систему отопления совмещают с устройством теплого пола.
Виды солнечных коллекторов
Коллекторные элементы выпускаются в нескольких вариантах устройства. Существуют модели, предназначенные только для отопительных целей и дополнительно подогревающие воду.
По конструкции и внешнему виду
Коллекторные устройства выпускаются в открытом виде (с незащищенными трубками) и в закрытом – с активными компонентами, запаянными в корпус, который может иметь разные исполнения, к примеру, уплощенное или сферическое. Наиболее дешевыми и прочными являются плоские закрытые модели. Их корпус изготовлен из алюминия, внутри размещены трубы из меди. Они могут быть вмонтированы змеевидно или параллельной прокладкой рядов. По ним может циркулировать газ, вода или жидкость-незамерзайка, выполняющие роль теплоносителя. Сверху на корпусе находится покрытие, состоящее из стеклянного и пропиленгликолевого слоев. Такие модели могут работать круглогодично, подогревать воду до температуры, на 30-40 градусов превышающей воздушную. Но у них есть существенный недостаток: если коллектор ломается, из строя выходит вся система поглощения тепла.
Вакуумные изделия отличаются наибольшей мощностью. В них тоже присутствуют заполненные поглотителем тепла трубки из меди, выложенные рядками. Каждый такой элемент помещен в колбочку из стекла. Вакуумное пространство между стен играет роль проводящего материала и теплоизолятора. Слабой стороной такого исполнения является хрупкость полых стеклянных элементов. С другой стороны, при выходе из строя тут достаточно напрямую заменить поврежденные трубки.
Если важен вклад гелиосистемы в зимнее время, лучше подключиь вакуумные коллекторы. Они дольше задерживают тепло и согревают газы и жидкости до более высоких температур. Возможна сборка конструкции прямо на крыше дома. Трубчатая форма позволяет собирать тепло в течение светового дня без подключения добавочных механизмов, следящих за движением солнца.
По принципу работы
Этот критерий описывает коллекторные элементы с точки зрения автономности. Некоторые типы не нуждаются в электричестве. Это делает их хорошим вариантом для дачного дома или эксплуатации на протяжении определенного сезона. Устройства с механизмом принудительной циркуляции должны перед использованием подключиться к электрической сети. Функционируют они благодаря давлению насосного механизма.
По сезонности
Некоторые потребители предпочитают подключение солнечных панелей только в теплое время года. В коллекторах, рассчитанных строго на данную форму эксплуатации, в роли теплоносителя выступает вода. При температуре ниже нуля она превращается в лед, поэтому с наступлением холодов такие установки демонтируют. Другие модели допускают круглогодичное использование. В теплое время года они способны обеспечить потребителя горячей водой, а в холодное – поддерживают температуру воздуха на определенном уровне.
Изготовление коллектора своими руками
При приобретении готового комплекта схема подключения солнечных батарей обычно указывается в прилагающейся документации. Но некоторые жильцы предпочитают собрать самодельный коллектор в домашних условиях. Простой агрегат делается из подручных материалов с использованием в качестве основы змеевидной конструкции, изъятой из устаревшего или сломавшегося холодильника.
Чтобы смастерить коллектор, потребуется приготовить:
- фольгу и стеклянный лист;
- змеевик от холодильника (с него же можно демонтировать связывающие хомуты и задействовать их в новом агрегате);
- реечные элементы для создания каркаса;
- ленту скотча;
- крепежные элементы – шурупы и винты;
- коврик из резины;
- бак для жидкости;
- подающие и сливные трубы.
Змеевик сначала отмывают от грязи, пыли и следов фреона, а затем вытирают насухо. Рейки обтесывают под габариты змеевидной конструкции из такого расчета, чтобы она помещалась в смонтированный из них каркас. Затем требуется соединить рейки друг с другом. Ковер из резины должен соответствовать размерам каркаса. При необходимости лишнее обрезают. В процессе соединения реек нужно сделать в стенках маленькие отверстия, чтобы туда проходили змеевиковые трубки, если их требуется вывести.
Коврик сверху застилают слоем фольги. Если приходится использовать для покрытия малогабаритные нарезки, их соединяют скотчем. Затем укладывают реечную конструкцию, а после – змеевик, который фиксируется хомутами. Последние надлежит закрепить с противоположной стороны с помощью винтиков. С нее же производится прибивание реек, чтобы конфигурация стала жестче.
Если между рейками и фольгой обнаружились щели, их полагается заклеить скотчем. Это обеспечит сведение потерь тепла к минимуму и увеличит КПД готовой установки. Когда агрегат будет готов, на него помещают стеклянное покрытие. Затем производится проклейка скотчем по всему периметру изделия.
Чтобы коллектор получился максимально герметичным, стекло укрепляют посредством шурупов. Это также сделает устройство более надежным. После этого получившийся элемент можно укреплять на опорной конструкции.
Принцип работы системы
Чтобы применение энергии солнца было максимально эффективным, можно действовать разными методами. Принцип первого основан на непосредственном прогревании коллекторных элементов лучами солнца. Накапливая тепло, устройства передают его жидкому теплоносителю, находящемуся в контурах отопления и горячего водоснабжения. Ресурс может расходоваться на реализацию обеих этих целей или только одной. Действие второго способа основано на внедрении в отопительную систему солнечных батарей, преобразующих накопленную энергию в электричество, передаваемое затем потребителю.
При использовании устройства, сделанного из змеевика, в солнечную погоду можно нагреть воду до 60-65 градусов. При этом система является автономной, теплоноситель в ней циркулирует естественным путем, домовладельцам вмешиваться в ее работу приходится нечасто. Цикл движения выглядит так: подогретая жидкость становится менее плотной, за счет чего происходит ее устремление вверх – в подготовленную емкость (например, бачок). Плотная холодная вода направляется в нижнюю область коллектора. Помимо бака, для монтажа системы требуются несколько труб. По ним подается и сливается нагретая вода и поступает в коллектор холодная. Также нужны 4 вентиля: сливной, запорный, подпитывающий, сбрасывающий давление в системе.
Водяные коллекторы в зимнее время целесообразно демонтировать, так как данный теплоноситель имеет свойство замерзать, что делает эксплуатацию бесполезной. Модели, которые предназначены для круглогодичного использования, нуждаются в регулярной очистке от пристающего снега. Последний имеет свойство отражать лучи солнца, что серьезно снижает КПД коллектора.
Солнечные системы отопления могут подключаться не только в южных регионах, но и в местностях, отличающихся умеренным климатом. Даже при небольшом числе солнечных дней в холодные сезоны поступающий через облака ультрафиолет способен хотя бы отчасти обогреть жилище. Без добавочных отопительных устройств в этом случае не обойтись, но экологичность работы и бесплатность энергетического ресурса делают эти установки отличным выбором для частных домов.
