Сонячне опалення: наскільки ефективно?
Зі зростанням цін на енергоносії все більш актуальним стає використання альтернативних джерел енергії. Оскільки опалення у багатьох основна стаття витрат, то про опалення йдеться в першу чергу: платити доводиться практично цілий рік і чималі суми. За бажання заощадити, першим на думку спадає сонячне тепло: потужне і абсолютно безкоштовне джерело енергії. І використовувати його цілком реально. Причому обладнання коштує хоч і дорого, але в рази дешевше за теплові насоси. Про те, як можна використовувати енергію сонця для опалення будинку, поговоримо докладніше.
Опалення від сонця: за та проти
Якщо говорити про використання сонячної енергії для опалення, потрібно мати на увазі, що існують два різні пристрої для перетворення сонячної енергії:
- Сонячні батареї. Вони виробляють виключно електричний струм. А ось його вже ви можете використовувати для забезпечення працездатності будь-якого електроустаткування, у тому числі й не роботу опалювальних приладів.
- Сонячні колектори. Ці пристрої нагрівають рідину (теплоносій) і їх можна безпосередньо підключати до системи опалення, а також за допомогою їх гріти воду для побутових потреб. Так можна забезпечити будинок гарячою водою та частково опаленням за допомогою сонячної енергії
Обидва варіанти мають свої особливості. Хоча відразу слід сказати, який би з них ви не вибрали, не поспішайте відмовлятися від тієї системи опалення, яка у вас є. Сонце встає, звичайно, щоранку, але не завжди на ваші сонячні елементи буде потрапляти достатньо світла. Найрозумніше рішення — створити комбіновану систему.Коли енергії сонця достатньо, друге джерело тепла не працюватиме. Цим ви і убезпечите себе, і жити будете в комфортних умовах, і заощадите.
Якщо бажання або можливості ставити дві системи немає, ваше сонячне опалення повинно мати щонайменше дворазовий запас за потужністю. Тоді точно можна сказати, що тепло у вас буде у будь-якому випадку.
Переваги використання сонячної енергії для опалення:
- Безпечне та абсолютно «чисте» джерело енергії.
- Зниження витрат на опалення та ГВП.
- Ви незалежні від стану економіки: сонце світить завжди і в кризу, і в період розквіту.
- Грошей сонце за свою енергію не потребує. Інша річ, що держава може оподаткувати власників геліоустановок. Але поки що такого не трапилося — сонячна енергія безкоштовна. Сонце постійно посилає тепло на землю. І ним можна скористатися для обігріву будинку
- Залежність кількості тепла, що надходить від погоди та регіону.
- Для гарантованого опалення буде потрібна система, яка може працювати паралельно з геліосистемою опалення. Багато виробників опалювального обладнання передбачають таку можливість. Зокрема, європейські виробники настінних газових котлів передбачають спільну роботу із сонячним опаленням (наприклад, котли Baxi). Навіть якщо у вас встановлено обладнання, яке не має такої можливості, можна узгодити роботу опалювальної системи за допомогою контролера.
- Солідні фінансові вкладення на стартовому.
- Періодичне обслуговування: трубки та панелі потрібно очищати від сміття, що налип, і мити від пилу.
- Деякі з рідинних сонячних колекторів не можуть працювати за дуже низьких температур.Напередодні сильних морозів рідину доводиться зливати. Але це стосується не всіх моделей та не всіх рідин.
Тепер розглянемо докладніше кожен із типів сонячних нагрівальних елементів.
Сонячні колектори
Для сонячного опалення використовують саме геліоколектори. Ці установки за допомогою тепла сонця нагрівають рідину-теплоносій, яку потім можна використовувати у системі водяного опалення. Специфіка в тому, що сонячний водонагрівач для опалення будинку видає лише температуру 45-60 про З, а найвищу ефективність показує при 35 про З на виході. Тому рекомендовані такі системи для використання в парі з теплою водяною підлогою. Якщо відмовлятися від радіаторів вам не хочеться, або збільшуйте кількість секцій (в два рази приблизно) або підігрівайте теплоносій.
Для забезпечення будинку теплою водою та для водяного опалення можна використовувати сонячні колектори (плоські та трубчасті)
Тепер про види сонячних колекторів. Конструктивно є дві модифікації:
У кожній із груп є варіації і за матеріалами, і за конструкцією, але принцип дії у них один: трубками біжить теплоносій, який нагрівається від сонця. Ось тільки конструкції абсолютно різні.
Плоскі сонячні колектори
Ці геліоустановки для опалення мають просту конструкцію і тому саме їх можна за бажання виготовити своїми руками. На металевій рамі закріплено міцне дно. Зверху укладено шар теплоізоляції. Ізолюються для зменшення втрат та стінки корпусу. Потім йде шар адсорбера - матеріалу, який добре поглинає сонячне випромінювання, перетворюючи його на тепло. Цей шар має чорний колір. На адсорбері закріплені труби, якими тече теплоносій.Зверху вся ця конструкція закривається прозорою кришкою. Матеріалом для кришки може бути загартоване скло або один із пластиків (найчастіше це полікарбонат). У деяких моделях світлопропускний матеріал кришки може проходити спеціальну обробку: для зменшення здатності, що відбиває, його роблять не гладким, а трохи матовим.
Конструкція плоского сонячного колектора
Труби в плоскому сонячному колекторі зазвичай укладені змійкою, є два отвори - впускний і випускний. Може бути реалізовано однотрубне та двотрубне підключення. Це комусь як подобається. Але для нормального теплообміну потрібний насос. Можлива і самопливна система, але вона буде дуже неефективною через невелику швидкість руху теплоносія. Саме цього типу сонячний колектор використовують для опалення, хоча з його допомогою можна ефективно гріти воду для ГВП.
Є варіант самопливного колектора, але його застосовують переважно для підігріву води. Називають таку конструкцію ще пластиковим сонячним колектором. Це дві пластини із прозорого пластику, герметично закріплені на корпусі. Усередині влаштований лабіринт для просування води. Іноді нижня панель пофарбована в чорний колір. Є два отвори — впускний та випускний. Вода подається всередину, у міру просування лабіринтом гріється сонцем, і виходить вже теплою. Така схема добре працює з резервуаром для води та легко нагріває воду для ГВП. Це сучасна заміна звичайній бочці, встановленій на літньому душі. Причому ефективніша заміна.
Пластиковий колектор використовують для нагрівання води
Наскільки ефективними є сонячні колектори? Серед усіх побутових геліоустановок на сьогодні вони показують найкращі результати: їхній ККД 72-75%.Але не все так добре:
- вони не працюють уночі і погано працюють у похмуру погоду;
- великі втрати тепла, особливо у вітрі;
- низька ремонтопридатність: якщо щось виходить з ладу, то треба міняти значну частину, або всю панель повністю.
Проте часто опалення приватного будинку від сонця роблять саме за допомогою цих геліоустановок. Такі установки популярні у південних країнах з активним випромінюванням та позитивними температурами у зимовий період. Для наших зим вони не підходять, але у літній сезон показують добрі результати.
Повітряний колектор
Ця установка може бути використана для повітряного опалення будинку. Конструктивно вона дуже нагадує описаний вище пластиковий колектор, але циркулює та нагрівається в ньому повітря. Такі пристрої навішуються на стіни. Діяти вони можуть двома способами: якщо повітряний геліонагрівач герметичний, повітря забирається з приміщення, нагрівається і повертається до того ж приміщення.
Повітряний колектор встановлюється на південній стіні
Є інший варіант. У ньому обігрів поєднаний із вентиляцією. У зовнішньому корпусі повітряного колектора є отвори. Через них усередину конструкції надходить холодне повітря. Проходячи через лабіринт, від сонячних променів він нагрівається, а потім підігрітим потрапляє до приміщення.
Таке опалення будинку буде більш-менш ефективним, якщо установка займатиме всю південну стіну, і при цьому тіні на цій стіні не буде.
Трубчасті колектори
Тут теж циркулює теплоносій трубами, але кожна з таких теплообмінних труб вставлена в скляну колбу. Всі вони поєднуються в маніфолді (manifold), який, по суті, є гребінцем.
Трубчасті колектори мають два типи трубок: коаксіальні та пір'яні.Коаксіальні - труба в трубі - вкладені одна в одну і їх краї запаяні. Усередині між двома стінками створюється розріджене безповітряне середовище. Тому такі трубки називають вакуумними. Пір'яні трубки - це звичайна трубка, запаяна з одного боку. А пуховими їх називають тому, що для підвищення тепловіддачі в них вставляється адсорберна пластина, яка має вигнуті краї і чимось нагадує перо.
Крім того, в різні корпуси можуть бути вставлені теплообмінники різного типу. Перші це теплові канали Heat-pipe (Хіт пайп). Це ціла система перетворення сонячного світла на теплову енергію. Heat-pipe - це порожня мідна трубка невеликого діаметру, запаяна на одному кінці. На другому знаходиться потужний наконечник. У трубку залито речовину із низькою температурою кипіння. При нагріванні речовина починає кипіти, частина її переходить у газоподібний стан і піднімається трубкою вгору. На шляху від нагрітих стінок трубки воно все більше нагрівається. Попадає у верхню частину, де перебуває деякий час. За цей час частина тепла газ передає масивному наконечнику, поступово охолоджується, конденсується та осідає донизу, де процес знову повторюється.
Схема роботи теплового каналу Heat-pipe
Другий спосіб – U-type – це традиційна трубка, заповнена теплоносієм. Тут жодних новин чи сюрпризів. Все як завжди: з одного боку входить теплоносій, проходячи трубкою, нагрівається від сонячного світла. Незважаючи на свою простоту, цей вид теплообмінників ефективніший. Але використовується він рідше. А все тому, що сонячні водонагрівачі такого типу є єдиним цілим. При пошкодженні однієї трубки доводиться міняти всю секцію.
Трубчасті колектори із системою Heat-pipe коштують дорожче, показують меншу ефективність, але використовуються частіше. А все тому, що пошкоджену трубку можна поміняти за пару хвилин. Причому якщо колба використана коаксіальна, то трубка теж може бути відремонтована. Просто вона розбирається (знімається верхня заглушка) та пошкоджений елемент (тепловий канал або сама колба) замінюється на справний. Потім трубка вставляється місце.
Звичайна U-подібна трубка найефективніший тепловий канал
Який колектор найкращий для опалення
Для південних регіонів з м'якою зимою та великою кількістю сонячних днів у році найкращий варіант – плоский колектор. За такого клімату він показує високу продуктивність.
Для регіонів із суворішим кліматом підходять трубчасті колектори. Причому для суворих зим більше підходять саме системи з Heat-pipe: вони гріють навіть уночі і навіть у похмуру погоду, збираючи більшу частину спектра сонячного випромінювання. Вони не бояться низьких температур, але точний діапазон температур потрібно уточнювати: він залежить від речовини, що знаходиться у тепловому каналі.
Ці системи при грамотному розрахунку можуть бути основними, але частіше просто економлять витрати на опалення від іншого, платного джерела енергії.
Для Росії більше підходять трубчасті геліосистеми
Ще одним допоміжним опаленням може бути колектор повітряний. Його можна зробити на всю стіну, причому він легко реалізується своїми руками. Він відмінно підійде для опалення гаража чи дачі. Причому проблеми з недостатнім нагріванням можуть виникнути не взимку, як ви очікуєте, а восени. При морозі та снігу енергії сонця у рази більше, ніж у похмуру дощову погоду.
Сонячні батареї
Слухаючи слова «сонячна енергетика», ми в першу чергу думаємо саме про батареї, які перетворюють світло на електрику. І роблять це спеціальні фотоелектричні перетворювачі. та показують досить пристойну продуктивність: 20-25%.
Сонячні батареї для приватного будинку в деяких країнах - звичайне явище
Безпосередньо використовувати сонячні батареї для опалення можна лише в тому випадку, якщо котел або інший опалювальний прилад на електриці ви підключите до цього джерела струму. за використану електроенергію. У принципі, цілком реально повністю забезпечити потреби сім'ї. від цих установок просто коштів і площ потрібно багато. В середньому з квадратного метра панелі можна отримати 120-150Вт.
Особливості опалення сонячним теплом
Доцільність пристрою системи сонячного опалення у багатьох викликає сумніви - це дорого і ніколи себе не окупить. і практичності ідеї зробити подібну установку самому. зв'язуватися чи ні.Ось тільки в чому справа: всі негативні повідомлення від теоретиків. Від практиків не зустрічалося жодного.
Тепер про те, що встановлення системи сонячного опалення ніколи не окупиться.
Якщо увімкнути геліосистему паралельно з централізованим енергопостачанням, можна заощадити пристойну суму
Він у порівнянні з терміном експлуатації сонячних колекторів або батарей. Але якщо подивитися динаміку зростання цін на всі енергоносії, то можна припустити, що незабаром він скоротиться до цілком прийнятних термінів.
Тепер власне про те, як зробити систему. Перш за все, потрібно визначити потребу вашого будинку та семи в теплі та гарячій воді.
- Знаючи, в якому регіоні знаходиться будинок, ви можете дізнатися, скільки сонячного світла припадає на 1м 2 площі в кожному місяці року. , скільки тепла знадобиться на підготовку ГВП та опалення.
- Якщо лічильник гарячої води у вас є, то ви знаєте об'єми гарячої води, які ви витрачаєте щомісяця.
- Придивіться сонячні нагрівачі, які хотіли б поставити. Маючи дані щодо їхньої продуктивності, ви зможете приблизно визначити кількість елементів, необхідну на покриття ваших потреб.
Крім визначення кількості складових геліосистеми, знадобиться визначити обсяг бака, в якому накопичуватиметься гаряча вода для ГВП. Це легко можна зробити, знаючи фактичні витрати вашої родини. Якщо у вас встановлено лічильник на ГВП, і ви маєте дані за кілька років, можна вивести середню норму споживання на день (середню витрату на місяць поділити на кількість днів). Ось приблизно такий обсяг бака вам потрібний. Але бак треба брати із запасом у 20% або близько того. Про всяк випадок.
Принципова схема опалення будинку із сонячними колекторами
Якщо ГВП чи лічильника немає, можна скористатися нормами споживання. Одна людина за добу в середньому витрачає 100-150 літрів води. Знаючи, скільки людей постійно мешкають у будинку, ви розрахуєте необхідний обсяг бака: норма множиться на кількість мешканців.
Відразу треба сказати, що раціональною (з точки зору окупності) для середньої смуги Росії є система сонячного опалення, яка покриває близько 30% потреби в теплі та повністю забезпечує гарячу воду. Це усереднений результат: у якісь місяці опалення на 70-80% забезпечуватиметься геліосистемою, а в якісь (грудень-січень) лише на 10%. І ще багато залежить від типу сонячних батарей і від регіону проживання.
Причому справа не тільки в «північні» чи «на південь». Справа у кількості сонячних днів. Наприклад, на дуже холодній Чукотці сонячне опалення буде дуже ефективним: там майже завжди світить сонце. У більш м'якому кліматі Англії, з вічними туманами, його ефективність вкрай низька.
;
Підсумки
Незважаючи на безліч критиків, які говорять про неефективність сонячної енергетики та надто великий термін окупності, все більше людей хоч частково переходять на альтернативні джерела. Окрім економії багатьох приваблює незалежність від держави та її цінової політики. Щоб не шкодувати про даремно вкладені суми, можна спочатку провести експеримент: виготовити одну із сонячних установок своїми руками та вирішити для себе наскільки це вас приваблює (або ні).
Опалення будинку від сонячного колектора
Альтернативні способи здобути енергію з кожним роком стають все більш популярними за рахунок своєї нешкідливості для навколишнього середовища, а також економічності. Мабуть, найбільш популярним варіантом є сонячний колектор. За допомогою цього пристрою споживач може отримати тепло та гарячу воду у будинку практично безкоштовно. З урахуванням постійного зростання вартості електроенергії використання альтернативних варіантів стає популярнішим.
Сонячна енергія – найбільше джерело Землі. Загальна кількість енергії, що виділяється сонцем, в 20 тисяч разів перевищує весь обсяг, споживаний планетою. Виробництво установок для поглинання енергії сонця останніми роками збільшилося у кілька разів. Використовувати систему сонячних колекторів можна за будь-яких умов, сьогодні вони довели свою ефективність навіть в Алясці. Більшість систем оснащена автоматикою, яка здатна підбирати режим циркуляції залежно від кліматичних умов. Крім того, є також режим антизамерзання. Наявність цих додаткових опцій значно полегшує роботу сонячних батарей.
Технічний бік роботи геліосистем
Схема функціонування сонячних батарей дуже проста.Вони є металеві чорні пластини, обрамлені в корпус зі скла або пластику. Такі пристрої встановлюють зазвичай на даху будівлі. По суті, сонячний колектор – це свого роду невеликий наповнювач, який нагромаджує енергію. Надалі ці накопичення піднімають температуру води, що рухається трубами, розміщеними під пластиною. Чим більше енергії пластина повідомляє воді або іншому теплоносію, тим вища продуктивність системи. Спосіб роботи всіх пристроїв приблизно однаковий, правда він може дещо відрізнятися в залежності від різновиду колектора та його застосування.
Гаряча вода з накопичувача спускається вниз по трубах, після чого остигла рідина знову піднімається в колектор і нагрівається. Фактично вода постійно залишається гарячою, у хороші яскраві дні ступінь нагрівання води може підніматися до 70 градусів.
Подана схема описана найпростішим чином, загалом геліосистеми мають складніший принцип роботи. На сьогоднішній день існує кілька типів сонячних батарей залежно від їхньої конструкції:
Високоселективні плоскі колектори
Це найпоширеніший тип батарей. Популярний він переважно завдяки своїй відносно невисокій вартості. Однак, якщо порівнювати з іншими моделями, цей тип колекторів втрачає значно більше тепла. Плоскі пристрої мають у своїй конструкції поглинач, верхній прозорий шар зі скла та шар теплоізоляції зі зворотного боку колектора. Поглинач – це металевий лист, пофарбований у чорний колір та з'єднаний у теплопровідними трубами.
Верхній шар поглинача притягує сонячні промені і зберігає їх, а потім перетворює енергію сонця на теплову, яку потім передає теплоносія.Циркулююча рідина зазвичай представлена сумішшю води та гліколю. Скляне покриття колектора виконує захисну функцію, оберігаючи пристрій від дії навколишнього середовища та знижує втрати теплової енергії, створюючи парниковий ефект. Це завдання реалізує і теплоізоляція з мінерального волокна.
Вакуумні трубчасті колектори
Пристрої цього типу представлені скляними трубками, всередині яких розміщується прилад, що поглинає світло. Вакуум є прекрасним теплоізоляційним засобом, тому втрати тепла в цьому приладі значно менше. Вакуумні колектори представлені у двох основних видах, що розрізняються за способом нагрівання – з непрямою передачею або прямоточні. Перший варіант призначений для використання в будь-який сезон, а другий виключно в теплу пору року – з квітня до вересня.
Концентраційні
У всі сезони, крім зими, кутовий хід падаючих променів більше 120 градусів – це найефективніший кут роботи з нерухомими колекторами. Щоб збільшити використовувані температури, необхідно ввести в колектори концентратори за допомогою параболоциліндричних відбивачів, прокладених під пластиною, що поглинає. Цей пристрій концентрує сонячні промені, завдяки чому на панель їх потрапляє набагато більше. Щоб отримати якнайбільше променів, необхідно встановлювати спеціальний прилад стеження за сонцем. Щоправда, таке обладнання досить дороге і використовується в основному тільки на промислових об'єктах.
Повітряні
Ці пристрої застосовують для нагрівання повітря. Це прості плоскі конструкції, які використовуються для прогрівання приміщень та сушіння продукції у сфері сільського господарства. Повітря проходить через пластину-поглинач природним чином або за допомогою вентилятора.Другий варіант менш кращий, оскільки частина енергії в результаті витрачається на роботу вентилятора.
Тривалість роботи сонячних колекторів варіюється від 15 до 30 років залежно від виробника та типу пристрою. Найбільш надійними і довговічними вважаються німецькі моделі, проте вони й більш дорогі.
Процес включення сонячного колектора до системи опалення
Немає нічого складного в тому, щоб самостійно встановити сонячні батареї, оскільки кожен колектор містить в упаковці гарну інструкцію. Єдине, є деякі ризики щодо розміщення батарей на даху, а також велика відповідальність при здійсненні електричних з'єднань.
Почнемо з того, що сонячні батареї також працюють від мережі і не мають властивості безперебійного живлення. Тому у разі відсутності електрики опалення також не буде. Весь процес монтажу можна розділити на три основні етапи:
- Розташувати та закріпити панелі на даху;
- З'єднати панелі на даху з інвертором за допомогою кабелю. Взагалі всі інвертори виробляються герметичними, тому якщо ви не побоюєтеся за збереження і цілісність свого майна, то можна розташувати пристрій прямо під панелями;
- Здійснити підключення кабелів від панелі до інвертора, а від інвертора до мережі.
Спочатку потрібно закріпити панелі на даху. Існує стандартний алгоритм проведення такого кріплення:
- Насамперед на даху кріпиться монтажний адаптер;
- Далі на адаптер закріплюється спеціалізований профіль із алюмінію;
- Останнім етапом на профіль укладаються панелі та закріплюються за допомогою затискачів рами профілю.
Після того, як установка закріплена, необхідно також підібрати місце для розміщення спеціального резервуара, де накопичуватиметься гаряча вода, а звідти надалі розподілятиметься по всій трубопровідній системі будинку.
Чи вигідно використовувати сонячні батареї?
Мабуть, єдиний мінус використання сонячних батарей – це найвища вартість початкового придбання обладнання. Як правило, організація системи опалення на сонячних батареях коштує значно дорожче, ніж будь-якими іншими видами опалювальних споруд.
Однак, надалі експлуатація сонячних колекторів дозволить значно економити на опаленні, оскільки витрат на утримання пристроїв немає ніяких. Сонячна енергія – безкоштовне джерело тепла, витрати на електрику, що використовується для роботи системи, при цьому зовсім невеликі.
Сонячні колектори для нагрівання води та опалення.
Опалення будинку сонячними колекторами взимку можливе так само, як і влітку: у більшості регіонів і взимку випадає чимало сонячних днів, при цьому колектор здатний сприймати нагрівання навіть під мінусовою температурою. Більше того, і в похмуру погоду він здатний вловлювати теплову енергію, хоча її буде й менше, ніж у ясний день. Удосконалені технології зробили сонячну енергетику одним із найперспективніших напрямів, і зараз вона продовжує активно розвиватися.
Основні типи та різновиди сонячних колекторів
Опалення за допомогою сонячних колекторів можливе декількома способами. Всього на сьогодні набули поширення три види панелей, що збирають сонячне тепло:
Простір між ними заповнений адсорбуючим матеріалом – він здатний вловлювати сонячне світло.Зовнішні сторони панелі закриті склом, воно оберігає їх від механічних пошкоджень. Такі панелі розташовуються на даху будівлі і збирають теплову енергію, передаючи її теплоносію, що циркулює.
Спеціальний алюмінієвий адсорбер збирає сонячне тепло та передає його носію, а вакуум не дає йому розсіятися. Це дуже ефективна та довговічна система, а якщо одна або кілька трубок вийдуть з ладу, їх можна акуратно замінити.
Всі типи сонячних колекторів можуть використовуватися як основне джерело тепла для будинку, але в російських умовах це все ж таки частіше додатковий варіант, що дозволяє, наприклад, вирішити проблему з гарячою водою. Оскільки у більшості регіонів понад півроку дні стоять похмурі, у них не вдається отримати від небесного світила максимальну кількість необхідної енергії.
