Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Солнечные и Геотермальные отопительные системы». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Одним из главных факторов, влияющих на уровень производительности гелиосистем, является интенсивность солярной радиации, излучаемой Солнцем на протяжении светового дня. Кроме уровня инсоляции (количество полезного солнечного излучения на единицу площади), на производительность солнечного коллектора влияют и второстепенные факторы: номинальный объем теплоаккумулирующей емкости, материал теплообменника и площадь абсорберов. При выборе солнечного коллектора для дома обращайте внимание на технические характеристики: коэффициенты теплопотерь, параметры оптического КПД, а также апертурную и общую площадь гелиоустановки. Исходя из этих параметров, можно провести анализ эффективности работы и рассчитать максимально допустимую мощность. Если использовать тепловой насос и солнечный коллектор, то можно добиться высокой производительности круглый год.
Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.
Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.
Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.
Сборка и установка коллектора на крышу
Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.
Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.
Изготавливаем водяной коллектор
Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:
- регион проживания и уровень инсоляции;
- температура окружающей среды, особенно в зимний период;
- площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
- материал и покрытие змеевика;
- температура теплоносителя на входе;
- угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
- скорость течения воды по трубам теплообменника.
Принцип работы современных гелиосистем
Понятие «солнечные коллекторы» объединяет в себе несколько вариантов конструкций для домашнего пользования, но схема работы принципиально не отличается. Все коллекторы, «питающиеся» от Солнца, оснащены системой трубок, которые в зависимости от конструкции оборудования, могут быть смонтированы в виде змеевика или последовательно подключены к выходной и входной магистрали. В самих трубках циркулирует жидкостный теплоноситель для гелиосистем — вода, масло или антифриз. Поглощение и последующая аккумуляция тепловой энергии от Солнца осуществляются абсорберами. В техническом плане конструкция достаточно проста. Высокая стоимость таких установок обусловлена использованием дорогих материалов.
Для внешней поверхности конструкции применяют износоустойчивые материалы, обладающие отличными светопропускными характеристиками — органическое стекло, полимерные составы и другие. Но поскольку полимерные «синтетики» не выдерживают продолжительного воздействия УФ-лучей (они имеют высокий коэффициент теплового расширения, что приводит к разгерметизации гелиосистемы), то в качестве альтернативного варианта производители используют каленое или органическое стекло. А сами трубки чаще всего изготавливают из боросиликатного стекла, которое характеризуется минимальным коэффициентом теплового расширения (в 8 раз меньше, по сравнению с кварцевым стеклом). Именно поэтому материал не трескается при резких колебаниях температуры.
Как установить вакуумный солнечный водяной коллектор на стене или наклонной крыше дома
Прежде всего важно правильно выбрать место размещения. Оно должно располагаться на южной стороне здания. Перед ним не допускает наличие деревьев или других закрывающих обзор предметов, построек. Трубчатый агрегат монтируется на опорную поверхность в специальной раме. Зачастую она может менять угол наклона, что позволяет более эффективно улавливать излучение. Если речь идёт о моноблоке с встроенным баком, стену или крышу необходимо дополнительно укрепить, так как вес всей конструкции может достигать нескольких сотен килограмм.
Отдельно стоящий водонагреватель может быть размещён в любом месте дома, обычно в непосредственной близости от котла. Это необходимо для того, чтобы обустроить внутри ёмкости второй контур от него. Таким образом, бойлер сможет подпитываться от двух источников. При необходимости обеспечения принудительной циркуляции в систему врезается насос. Он монтируется на обратной линии, по которой идёт остывшая вода.
Немаловажную роль в организации гелиокомплекса занимают устройства безопасности. В первую очередь его важно защитить от скачков давления. Для этого схема вакуумного солнечного коллектора для нагрева воды дополняется узлом, состоящим из предохранительного и подпиточного клапанов. Первый спускает в канализацию теплоноситель в случае чрезмерного расширения при нагреве. Второй открывает канал для вброса недостающей порции из системы ХВС. Для защиты селективной поверхности от перегрева в систему интегрируется автоматика. При достижении граничной температуры она приводит в действие специальные шторки, закрывающие абсорбирующий элемент оборудования.
Типы солнечных коллекторов
https://youtu.be/JJdGio2dbag
Существует несколько разработок солнечных коллекторов, имеющих некоторые конструктивные отличия. Они создавались в разное время и в разных производственных условиях, поэтому имеют отличия и способны выполнять свои функции в собственных диапазонах величин. Рассмотрим их подробнее:
Отопление от солнца за и против
Если говорить об использовании солнечной энергии для отопления, то нужно иметь в виду, что существуют два разных устройства для преобразования солнечной энергии:
- Солнечные батареи. Они вырабатывают исключительно электрический ток. А вот его уже вы можете использовать для обеспечения работоспособности любого электрооборудования, в том числе и не работу отопительных приборов.
-
Солнечные коллекторы. Эти устройства нагревают жидкость (теплоноситель) и их можно напрямую подключать к системе отопления, а также с их помощью греть воду для бытовых нужд.
Так можно обеспечить дом горячей водой и частично отоплением при помощи солнечной энергии
Оба варианта имеют свои особенности. Хотя сразу нужно сказать, какой бы из их вы ни выбрали, не спешите отказываться от той системы отопления, которая у вас есть. Солнце встает, конечно, каждое утро, но вот не всегда на ваши солнечные элементы будет попадать достаточно света. Самое разумное решение — сделать комбинированную систему. Когда энергии солнца достаточно, второй источник тепла работать не будет. Этим вы и обезопасите себя, и жить будете в комфортных условиях, и сэкономите.
Если желания или возможности ставить две системы нет, ваше солнечное отопление должно иметь, как минимум, двукратный запас по мощности. Тогда точно можно сказать, что тепло у вас будет в любом случае.
Достоинства использования солнечной энергии для отопления:
- Безопасный и абсолютно «чистый» источник энергии.
- Снижение затрат на отопление и ГВС.
- Вы независимы от состояния экономики: солнце светит всегда, и в кризис, и в период расцвета.
-
Денег солнце за свою энергию не требует. Другое дело, что государство может обложить налогами владельцев гелиоустановок. Но пока такого не случилось — солнечная энергия бесплатна.
Солнце постоянно посылает на землю тепло. И им можно воспользоваться для обогрева дома
Недостатки:
- Зависимость количества поступающего тепла от погоды и региона.
- Для гарантированного отопления потребуется система, которая может работать параллельно с гелиосистемой отопления. Многие производители отопительного оборудования предусматривают такую возможность. В частности европейские производители настенных газовых котлов предусматривают совместную работу с солнечным отоплением (например, котлы Baxi). Даже если у вас установлено оборудование, у которого такой возможности нет, можно согласовать работу отопительной системы при помощи контролера.
- Солидные финансовые вложения на стартовом.
- Периодичное обслуживание: трубки и панели нужно очищать от налипшего мусора и мыть от пыли.
- Некоторые из жидкостных солнечных коллекторов не могут работать при очень низких температурах. В преддверии сильных морозов жидкость приходится сливать. Но это касается не всех моделей и не всех жидкостей.
Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.
Солнечные батареи на крыше
Прежде всего, нужно выяснить, выдержит ли кровля дополнительную нагрузку. Один-два модуля выдержит любая, а для большего количества придется считать.
Для надежной фиксации они должны крепиться как минимум в четырех точках. Причем, если вы монтируете панели заводского изготовления, не поленитесь изучить инструкцию по установке: при нарушении хотя бы одного из пунктов, оборудование снимается с гарантии. В большинстве случаев требования такие:
-
Крепятся солнечные батареи на расстоянии 5-15 см выше кровельного материала. Этот зазор необходим для проветривания (для поддержания температурного режима).
Устанавливать солнечную батарею нужно на расстоянии 5-15 см от кровельного материала на специальных направляющих
- Для закрепления использовать только имеющиеся в корпусе отверстия. Дополнительные сверлить нельзя.
-
Рама, на которой закреплены фотоэлементы, рассчитана на вертикальную или горизонтальную установку (указано в паспорте), и в другом положении ее крепить нельзя.
Если рекомендована вертикальная установка, горизонтально ставить панель нельзя
В Европе востребованными являются установки для отопления дома, производимые по чертежам Станислава Станилова – известного изобретателя и инженера из Болгарии. Собрать такой солнечный коллектор своими руками можете и вы, руководствуясь далее приведенной схемой выполнения работ:
- Берем деревянные доски сечением 12х2,5 (3) см, сколачиваем из них короб, усиливая дополнительно его днище брусками 5х3 см.
- Укладываем на дно получившегося ящика теплоизолирующий материал – минвату, пенополистирольные либо пенопластовые плиты, а сверху – лист жести или обыкновенного железа.
- Из стальных труб нужно будет сделать радиатор трубчатого типа (сварить между собой несколько трубных изделий) и установить его в короб.
- Тщательно фиксируем радиатор стальными трубными хомутами. замазываем щели и зазоры в ящике, герметизируем его.
- Внешние элементы конструкции окрашиваем в белый либо серебристый цвет (тем самым значительно уменьшаем тепловые потери), радиатор и дно короба – в черный цвет.
После этого нужно будет сделать тепловой накопитель и специальную аванкамеру. Функцию первого может выполнять любая герметичная емкость объемом 150–400 литров. Допускается брать несколько баков и соединять их между собой. Аванкамеру несложно сделать из сосуда (обязательно герметичного) объемом 40 и более литров. В нее следует поместить обычный шар-кран, используемый в сливном бачке унитаза. Он необходим для формирования небольшого, но постоянного давления в камере.
Как сделать селективное покрытие
Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.
Чтобы обеспечить достаточную аккумуляцию тепла требуется создать селективное покрытие. Вариантов производства несколько:
- Самодельное селективное покрытие коллектора — используют любые черные краски, которые после высыхания оставляют матовую поверхность. Есть решения, когда в качестве абсорбера коллектора применяют непрозрачную темную клеенку. На трубы теплообменника, поверхность банок и бутылок наносят черную эмаль, с матовым эффектом.
- Специальные абсорбирующие покрытия — можно пойти другим путем, приобретя для коллектора специальную селективную краску. В состав селективных ЛКМ входят полимерные пластификаторы и присадки, обеспечивающие хорошую адгезию, теплостойкость и высокую степень поглощения солнечных лучей.
Процесс сборки самодельного солнечного коллектора
Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).
Способы использования солнечной энергии
Методы применения энергии небесного светила не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используют давно и весьма успешно. Однако это касается, в основном, Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать в течение всего года.
Некоторые северные области испытывают дефицит естественного излучения, поэтому его применяют в качестве дополнительного или запасного варианта.
Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.
Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.
Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.
Средние цены за комплект
В зависимости от вида, бренда и страны, в которой изготавливались те или иные модели (комплекты) гелио коллекторов, цены разняться достаточно сильно.
Вот некоторые из предложений, представленные на рынке подобного оборудования в ценах, по состоянию на III квартал 2021 года:
- Плоские гелио коллекторы.
| Модель | Страна производитель | Технические характеристики | Стоимость, рублей | ||
| Мощность, Вт | Площадь абсорбера, м2 | Габаритные размеры, мм | |||
| ЯSolar-AirW | Россия | 1500 | 2,0 | 2065×1073×105 | 29300 |
| Galmet KSG REGAL 21 | Польша | — | 2,1 | 2033×1033×83 | 32200 |
| «СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А» | Россия | 1500 | 2,06 | 1093×2008×76,7 | 23900 |
Как установить солнечную систему нагрева воды
Гелиосистема устанавливается на скатной кровле, специальных наклонных площадках или стенах здания. Место для водогрейной установки с солнечными коллекторами выбирается индивидуально с учетом следующих рекомендаций:
- южная сторона здания;
- отсутствие видимых препятствий, загораживающих солнечные лучи: деревьев, близлежащих домов и т.д.;
- место должно быть удобным для дальнейшего обслуживания и ремонта системы.
Перед монтажом и регулировкой трубчатых или панельных водонагревателей определяют оптимальный угол наклона установки. В этом отношении руководствуются следующей формулой:
- для лета — (широта + (широта — 22,5 градуса)) ÷ 2;
- для зимы — (широта + (широта + 22,5 градуса)) ÷ 2.
Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления
В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:
- низкотемпературные устройства — рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
- среднетемпературные гелиоколлекторы — повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
- высокотемпературные установки — нагревают теплоноситель до температуры кипения.
В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.
По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:
- плоские водонагреватели;
- вакуумные термосифонные устройства;
- гелиоконцентраторы.
Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.