Солнечные коллекторы для отопления дома, принцип работы гелиосистемы, особенности подключения коллекторов

Плоский гелиопреобразователь

Плоский солнечный коллектор представляет собой автономную панель, состоит из трех компонентов:

Поглотитель солнечного излучения. Его красят черной краской или наносят специальное покрытие.
Верхнее прозрачное покрытие. Изготавливается из закаленного стекла или поликарбоната.
Система трубок, посредством которой прогревается циркулирующий в ней теплоноситель. Как правило, делается из меди.

Задняя сторона панели имеет эффективное теплоизоляционное покрытие. Одна или несколько таких панелей подключаются к подающей линии бака-аккумулятора. Этот вид системы имеет сравнительно низкую стоимость и хорошую производительность в теплые сезоны. Минусом является низкая эффективность при отрицательных температурах и ощутимые теплопотери.

Принцип работы солнечных батарей

По своей сути данные батареи — это фотогенераторы электрической энергии. Согласно законам физики, солнечный свет образует постоянный электрический ток, воздействуя на полупроводниковые элементы. В цепях батареи возникает определенное напряжение, которое подается непосредственно на сами объекты. В специальном аккумуляторе накапливается энергия, которая потом используется в пасмурную погоду.

Схема водонагревательной гелиосистемы.

Целесообразнее батареи устанавливать на южную сторону крыши дома, угол крыши должен составлять не менее 30⁰С. При этом рекомендуется учесть дополнительные помехи, например, рядом стоящие строения или деревья, которые могут помешать работе всей системы в будущем. В установленном оборудовании поток солнечных лучей должен исходить из учета 1000 кВт/ч на 1 м² за год. Полученная солнечная энергия в данном случае будет равна, использованию 100 л газа. Некоторые мощные батареи площадью около 4 м², применяемые для обогрева частного дома, могут обеспечить среднюю семью из трех человек горячей водой. Они способны выработать энергию примерно до 2000 кВт/ч в год.

В состав солнечных батарей входит:

прозрачная, стеклянная или пластмассовая верхняя панель, внутри которой циркулируют вода или воздух;
зачерненная металлическая поверхность, которая поглощает тепловую энергию солнца;
водяной бак или накопительный резервуар, куда попадает нагретая жидкость или газ, затем они перемещаются непосредственно в батареи.

В установку отопления солнечными батареями входит:

преобразователь обыкновенный;
преобразователь постоянного тока в переменный;
датчик, регулирующий зарядку и разрядку батареи;
аккумулятор;
механизм отбора мощности.

Применение

Схема принципа работы и устройства солнечной батареи.

Система отопления, основанная на солнечных батареях, используется в основном для получения электричества. Соответственно, такие батареи практичнее устанавливать в доме с электрическим отоплением, электрическими обогревателями и системой теплых полов. Оборудовав мощными солнечными батареями отопление частного дома, можно в дальнейшем пользоваться горячей водой. В этом случае необходимо учесть количество проживающих человек, площадь обогреваемого жилья и расход потребляемой энергии.

Например, в семье из трех человек в среднем расходуется до 500 кВт в месяц только на бытовые приборы. При этом не учитывается количество энергии на подогрев воды. Лучше всего площадь системы солнечного отопления рассчитывать из учета 1 м² площади батареи на человека. Для установки системы теплого пола на каждые 10 м потребуется 1 м² солнечной батареи.

Эффективность

Эффективность работы солнечных батарей зависит от множества факторов, и главным здесь является поступающая энергия солнца. В случае отопления дома, расположенного в северных широтах, рекомендуется использование совмещенных видов отопления, где обогрев солнечными батареями будет использоваться как дополнительный вариант к газовому или твердотопливному отоплению.

Совмещенный способ обогрева частного дома можно использовать и в более теплых широтах, потому что мощность солнечных батарей при недостаточном естественном освещении и в пасмурную погоду крайне мала. Поэтому обогрев таким способом является больше средством экономии, чем основным источником тепла в доме. Вследствие этого не рекомендуется полностью отказываться от других способов обогрева дома. Самым эффективным отоплением на сегодня является комбинированный способ обогрева жилья.

Правила выбора агрегата

При выборе подходящей модели важно сделать расчет солнечного коллектора для отопления

Также стоит обратить внимание на следующие параметры:

Плоские модели самые прочные, но неудобные в ремонте. При поломке приходится менять всю систему адсорбции. Плоские агрегаты позволяют нагревать теплоноситель до температуры, которая на 20-40°С превышает показатели окружающей среды.
Вакуумные разновидности чувствительны к внешним воздействиям. Хрупкие полые трубки легко повреждаются. Однако заменить одну трубку несложно. Эти модели намного эффективней работают зимой, чем агрегаты плоского типа.
Воздушные коллекторы отличаются простой конструкцией и неприхотливостью в использовании. Они долговечные и хорошо переносят низкие температуры, но прогревают дом хуже.
При выборе вакуумного агрегата учитывайте диаметр трубок. Чем больше длина и диаметр трубки, тем лучше преобразуется солнечная энергия. Оптимальный вариант – колбы длиной 200 см и диаметром 60 мм с внутренней прямой или U-образной вставкой.
При выборе моделей с жидким теплоносителем учитывайте эффективность сохранения тепла в холодный сезон и во время коротких световых дней.
Обязательно учитывайте несущую способность крыши при установке коллекторов на ней. В некоторых случаях каркас нужно дополнительно усилить.

Расчёт мощности и этапы монтажа

Переход на солнечную энергетику не приемлет спешки и поверхностного подхода. Зачастую выводы о целесообразности установки гелиосистемы можно сделать только через несколько лет наблюдений и расчётов.

К сожалению, полагаться на инсоляционные карты не имеет особого смысла, ибо местные погодные условия могут сильно искажать среднестатистические показатели. Поэтому первое, что нужно сделать — самостоятельно составить отчёт по интенсивности солнечной радиации в месте установки коллекторов. Для измерений используют пиранометры, в пределах 5 тысяч рублей можно приобрести бюджетный прибор с достаточным набором функций.

Пиранометр

Измерения следует проводить в разное время суток с периодичностью около недели в течение всего года. В процессе замеров нужно учитывать угол наклона и ориентацию коллекторов. Полученные данные в итоге сверяются со статистикой гидрометцентра о процентном содержании пасмурных дней в году.

Чтобы обеспечить высокую эффективность работы гелиоустановки, следует рассматривать самый негативный сценарий, то есть принимать за точку отсчёта наиболее продолжительный период с самой низкой освещённостью. В идеале можно сделать поправку на вероятность возникновения ещё более неблагоприятных погодных условий, пользуясь метеорологической статистикой за последние 15–20 лет. Полученные данные о поступающей солнечной энергии помогут установить необходимую общую площадь абсорбционного поля и определиться с количеством коллекторов, которые необходимо приобрести.

Как упоминалось, коллекторы очень редко используют как основной источник нагрева, обычно они играют вспомогательную роль. Но долю участия рассчитать можно, она указывается в виде процентной части от совокупной мощности энергосистемы дома или его теплопотерь. Получив требуемое количество киловатт, его умножают на оптический КПД абсорберов, добавляют несколько коэффициентов — поправок на ориентацию, наклон, температурный режим, а также запас надёжности.

По «чистому» значению генерируемой мощности подбирается:

нужное число коллекторов определённой модели и в среднем по одному резервному солнечному коллектору на 10–15 находящихся в работе;
система трубопроводов с рекомендуемой производителем пропускной способностью и термостойкостью;
циркуляционная группа, запорная арматура, прочие вспомогательные устройства;
объём и место размещения аккумуляторного бака. В системах с суточным накопителем или мощностью теплового отбора более 20 кВт имеет смысл строить изолированные бетонные резервуары объёмом от 15–20 м3.

Для самостоятельного монтажа и обслуживания необходимо составить проект системы, выделить место для размещения вспомогательных устройств и закрепить солнечный коллектор на южном (для северного полушария) склоне кровли с учётом рекомендаций поставщика техники по части ветровых нагрузок. Не забывайте, что приобретая полный комплекс оборудования у одного дистрибьютора, вы получаете возможность бесплатно составить если не проект отопительной гелиосистемы, то как минимум список хорошо совместимого оборудования и комплектующих.

Виды гелиосистем

Существуют разные конструкции коллекторов, способные демонстрировать свои эффективность и возможности:

Открытые. Представляют собой плоские продолговатые емкости черного цвета, наполненные водой. Она нагревается от солнечного тепла и может поддерживать температуру воды в открытых бассейнах, летнем душе и т.д. КПД таких устройств крайне низок, поэтому их можно использовать только в летнее время
Трубчатые. Основным элементом этих систем являются стеклянные коаксиальные трубки, между внешней и внутренней частями которых создан вакуум. Возникает прозрачный защитный слой с крайне низкой теплопроводностью, позволяющий воде (или антифризу) получать солнечную энергию, практически не расходуя ее на окружающую среду. Стоимость таких коллекторов высока, ремонтопригодность крайне низка и проблематична
Плоские. Представляют собой плоские ящики с прозрачной крышкой. Днище покрыто слоем, активно принимающим энергию. КЕ нему припаяны трубки, по которым перемещается вода. Получая тепло, она направляется в отопительную систему. Иногда из-под крышки выкачивают воздух, усиливая эффективность приема энергии и снижая потери. Существуют также конструкции, где трубки находятся между двух приемных слоев, в которых для них созданы канавки. Это позволяет улучшить теплопередачу

Существуют также более современные виды коллекторов, в которых используется принцип теплового насоса — в герметичной емкости находится легкоиспаряемая жидкость. Нагреваясь от солнечного тепла, она испаряется. Этот пар поднимается в конденсационную камеру и оседает на стенках, выделяя при этом много тепловой энергии. По ту сторону стенок создана водяная рубашка, которая принимает это тепло и направляется в систему отопления.

Трубчатые коллекторы для отопительных систем

В таких устройствах по трубкам также циркулирует теплоноситель, однако каждая из трубок еще и вставлена в другую. А все вместе они соединяются в особую конструкцию – манифолд или гребенку. Современные трубчатые коллекторы выпускаются двух видов – перьевые и коаксиальные. Последние представляют собой трубу в трубе, они вложены друг в друга, и края их запаяны. А из пространства между трубками выкачан воздух.

В перьевых трубках вставляется еще и специальная адсорберная пластинка, напоминающая по структуре перо – для повышения теплоотдачи.

Плоские солнечные коллекторы для отопления и горячего водоснабжения

Такие гелиоустановки имеют наиболее простую конструкцию, и именно их имеют в виду, когда говорят про солнечное отопление своими руками. В принципе самодельный солнечный коллектор можно сделать из прозрачной трубки, свернутой кольцами, а среди дачников популярен солнечный коллектор из старого радиатора.

Как правило, на металлической раме закрепляют дно, на которое укладывают теплоизоляцию, уменьшающую потери энергии. Затем идет слой специального материала – адсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение и преобразующего его в тепло. А уже на адсорбере закрепляют трубки, по которым и циркулирует теплоноситель. Сверху вся конструкции должна быть закрыта особой прозрачной крышкой, изготавливаемой из закаленного стекла либо специального пластика, например, поликарбоната. Кроме того, нередко материал крышки еще и предварительно обрабатывают, чтобы он был чуть матовым и не гладким. Конечно, такое устройство для дома своими руками непросто будет сделать.

Принцип работы солнечного коллектора

Трубки обычно укладывают змейкой, и в коллекторе имеется 2 отверстия – выпускное и впускное. Как правило, для нормального теплообмена в схему включают и циркуляционный насос, но возможен и самотечный вариант, хотя это заметно снизит эффективность системы – ее вряд ли хватит даже на теплый пол, не то что на батареи.

А вот правильная заводская гелиоустановка имеет коэффициент полезного действия на уровне 72-75 процентов. Однако всегда есть минусы:

при ветре возможны большие потери тепла;
система плохо работает в пасмурную погоду и вообще не функционирует ночью;
если какая-то деталь выходит из строя, то часто приходится менять всю панель.

Воздушные коллекторы

Устанавливаются для обогрева частных домовладений и воздушные солнечные коллекторы. Такие установки обычно используются для воздушного отопления зданий. По своей конструкции они сильно напоминают описанные выше системы, однако по трубкам здесь циркулирует не жидкость, а воздух. Кстати, нередко такой обогрев совмещают с вентиляцией.

Схемы установки солнечного коллектора

В автономных системах обогрева и горячего водоснабжения обязательно нужно использовать накопительный бак для аккумуляции тепловой энергии. Связано это с тем, что распределение тепла, которое генерирует гелиоустановка, не пропорционально расходу энергии. Поэтому полученные ресурсы сначала аккумулируют в специальной емкости, а потом только потребляют по мере необходимости.

Специалисты рекомендуют использовать для этой цели стандартный накопительный бак для системы горячего водоснабжения или, как альтернативный вариант, — буферную емкость из автономной отопительной системы. Грамотно построенная конструкция подразумевает соединение коллектора с дополнительным теплообменником, который напрямую контактирует с накопительным баком. Существует пять проверенных на практике схем подключения оборудования.

№1. ГВС с естественной циркуляцией материала-теплоносителя

Данная схема используется преимущественно на малых площадях (например, для летнего душа), но вполне применима и для небольших строений — бани или дачного домика. Солнечный коллектор нужно установить ниже уровня накопительного бака не более, чем на 1 метр. Благодаря этому будет обеспечена естественная циркуляция жидкости в системе. Для соединения аккумулирующей емкости и коллектора желательно использовать трубы на ¾ дюйма.

Если вы планируете использовать горячую воду в вечернее время, накопительный бак нужно утеплить или купить готовую емкость, функционирующую по аналогии с термосом

Обратите внимание, что слой утеплителя не должен быть меньше 10 см. Это самая доступная схема подключения солнечного коллектора, однако она имеет один недостаток — минимальную инерционность

При минусовой температуре окружающей среды воду придется сливать, чтобы не допустить разгерметизации водопроводных труб.

№2. Зимний вариант установки солярного коллектора для ГВС

В данном случае теплоноситель для солнечных коллекторов — антифриз. Это позволяет избежать замерзания воды в трубах зимой. Но здесь нужно использовать аккумулирующую емкость косвенного нагрева с медным змеевиком. Непрерывная циркуляция жидкости происходит непосредственно между внутренними магистралями гелиосистемы и змеевиком, установленным в накопительном баке.

Данная схема монтажа рассчитана на естественную циркуляцию, но желательно «прогонять» теплоноситель для гелиосистем принудительно, используя циркуляционный насос. Дополнительно нужно установить расширительный бак.

№3. Схема подключения коллектора для отопления дома

Этот вариант подразумевает использование емкости косвенного нагрева, которая работает на твердом или «голубом» топливе. Поздней весной и летом котел можно отключать, поскольку воду будет нагревать коллектор. А вот зимой эффективность гелиосистем в северо-восточных регионах России не очень велика, так как интенсивность солнечного излучения минимальна. По этой причине коллектор используют в качестве источника дополнительного подогрева к отопительным системам.

Но даже в этом случае владелец дома получает возможность более рационально расходовать традиционные энергоресурсы. Чтобы обеспечить отопление дома в зимний период при помощи только одного солнечного коллектора, габариты всей конструкции должны составлять не менее 30–40% от площади здания.

№4. Монтаж гелиосистемы для отопления и ГВС

Типовая схема подключения объединяет сразу два варианта, то есть подходит одновременно для организации автономного отопления и горячего водоснабжения. Здесь применяется двухконтурная теплоаккумулирующая емкость— помимо медного змеевика, монтируется также дополнительный внутренний резервуар.

Такая схема установки дает возможность отделить техническую жидкость от питьевой воды. Для автоматизации процесса нагрева теплоносителя в систему интегрируют специальный контроллер солнечного коллектора, который позволяет избежать перерасхода энергоресурсов за счет контроля над температурой теплоносителя в гелиосистеме и температурой воды в буфере.

№5. Установка коллектора для подогрева бассейна

Данная схема не подходит к системе отопления, а используется, когда необходимо нагреть воду в открытом бассейне переносного типа. Чтобы обеспечить циркуляцию жидкости, допускается использовать стандартную погружную помпу. Если на вашем участке находится стационарный бассейн, для большего удобства оборудование лучше подключить к бытовой автоматизированной насосной станции.

Изготовление устройств своими руками

Можно обустроить горячее водоснабжение и отопление при помощи солнечных коллекторов, сделанных собственноручно. Их простейшая конструкция будет состоять из полиэтиленовой трубы для водоснабжения, уложенной в форме спирали, которую помещают в деревянную раму и накрывают пленкой из полиэтилена.

Но такой самодельный коллектор имеет недостатки:

небольшой КПД по причине того, что теплообменник не имеет контакта по всей площади подложки, в результате чего много тепла тратится бесполезно;
энергозависимость;
недостаточная защищенность от воздействия ветра и механических повреждений.

Если имеется желание собрать прибор, который прослужит продолжительное время и обеспечит отопление дома солнечными коллекторами зимой, можно воспользоваться пошаговой инструкцией:

Каналы для нагретой жидкости сваривают с нижним и верхним коллектором. Для этого желательно применять профильную трубную продукцию, имеющую размер от 20 х 20 миллиметров – она за счет плоской кромки способна обеспечить тепловой контакт с подложкой абсорбера. К коллекторам приваривают патрубки с резьбой 1/2-3/4 дюйма, предназначенные для вывода жидкости.
К трубкам методом сварки прикрепляют подложку из стального 3-миллиметрового стального листа. Промежуток между прихватками не должен превышать 20 сантиметров. Такое расстояние позволяет исключить прогиб листа и избежать нарушения контакта с трубками.
Вокруг абсорбера сооружают деревянную раму. Между листом абсорбера и краями рамки оставляют зазоры, необходимые для установки стекла и укладки теплоизоляционного материала. Древесину нужно предварительно обработать антисептиком.
В раме просверливают отверстия под патрубки, выводящие теплоноситель.
Абсорбер утепляют минватой с тыльной стороны. Потом теплоизоляционный материал зашивают досками, листами фанеры или ОСП.
Далее абсорбер окрашивают черной кремнийорганической жароустойчивой краской, поскольку обычные красящие составы для наружного использования в данных условиях эксплуатации начинают шелушиться. Кромки рамы после этого проклеивают резиновым оконным уплотнителем и накрывают обычным 4-миллиметровым стеклом. Если остекление формируется из нескольких листов, тогда нужно герметизировать стыки при помощи силиконового герметика.
Стекло прижимают к раме, используя алюминиевый или оцинкованный уголок, заранее проклеив его фронтальную сторону уплотнителем для окон.

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду — до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
резьба 3/4˝ — 2 шт;
заглушка 3/4˝ — 2 шт;
припой мягкий SANHA или ПОС-40 — 0,5 кг;
флюс;
химреактивы для чернения абсорбера;
плита OSB толщиной 10 мм;
уголки мебельные — 32 шт;
базальтовая вата толщиной 50 мм;
листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
рейка 20х30 — 10м;
дверной или оконный уплотнитель — 6 м;
оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
саморезы;
краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

электрическая дрель;
набор свёрл по металлу;
«коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
труборез;
газовая горелка;
респиратор;
малярная кисть;
набор отвёрток или шуруповёрт;
электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.
Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.
По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.
Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.
Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.
После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.
Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).
Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора — днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м — 4 шт. и 0,98 м — 2 шт.
В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.
В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище — это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.
Устанавливают внутренние перегородки.
Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.
Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.
На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.
По периметру проклеивают уплотнительную резинку.
Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.
Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Окупаемость

Окупаемость затрат на оборудование целесообразно рассматривать при круглогодичной эксплуатации и применении для отопления, получения горячей воды для повседневных нужд.

Расходы при сезонном использовании начнут возвращаться сразу, особенно если коллектор установлен на даче и служит больше для выработки горячей воды. В этом случае будет больше интересовать соотношение «цена — производительность». На одного члена семьи будет достаточно около 1,5м² площади плоского коллектора.

Горячая вода очень необходима тем семьям, у которых есть маленькие дети и тут, гелиоустановка очень пригодится. Но и остальным члена семьи будет приятно принять горячий душ после праведных трудов на своём участке. Значительно облегчится мытьё посуды и стирка вещей. Поэтому вопрос об окупаемости можно перефразировать в вопрос необходимости солнечного коллектора для получения горячей воды.

Использование устройства для почти полноценного отопления здания или хотя бы сокращение потребления газа, угля, электричества потребует серьёзных предварительных расчётов об экономической составляющей оборудования и его монтажа.

Этапы:

Определение количества солнечной тепловой энергии в месте расположения дома. Такие данные можно найти в справочной литературе, интернете, но более точные сведения имеются в местных метеослужбах. Причём, они располагают многолетними наблюдениями, поэтому можно вычислить среднее значение, которое использовать в своих дальнейших расчётах.
Уточняются зоны, где будет производиться отопление, — сами понимаете, что сени, кладовки и подобные хозяйственные помещения обогревать не целесообразно. Но, — детские комнаты потребуют более тщательного нагрева, нежели кухня или гостиная.
Примерная полезная площадь коллектора для отопления 1м² помещения составляет 0,4–0,5м². Эта цифра приведена для умеренных широт. На юге потребуется около 0,2–0,3м², в северных областях 0,6–0,8м². Уже из этих цифр видно, что гелиоустановку в местах с суровым климатом, можно использовать как вспомогательный источник тепла, иначе затраты на оборудование окажутся очень большими.
Для отопления 100м² площади дома в средних широтах понадобится трубчатый коллектор с эффективной площадью 40–60м². Полный комплект (оборудование отечественное), включая два бака по 300 литров, насосы и систему управления, вместе с монтажом стоит около 450000 рублей.
На 100м² в течение года необходимо около 120000МДж тепла.

Усреднённая стоимость тепловой энергии:

газовый котёл, — около 0,35–0,40руб. за 1МДж тепла, в год 42000–48000руб;
электрокотёл, — примерно 0,9–1,10руб за 1МДж тепловой энергии, в год 108000–132000руб;
гелиоэнергия, — почти бесплатно, только расходы на питание электронасоса, — за год набежит 5000–6000руб.

То есть для коллектора все расходы, это небольшие затраты на насос. Отсюда следует, за какое время, по сравнению с другими системами, вернутся вложенные деньги, и начнётся чистая экономия.

Средняя стоимость газового котла с установкой составит около 350000 рублей, электрокотла – 10000 рублей.

За 20 лет общие расходы составят:

газовое отопление, 20лет * 42000руб/год + 350000руб = 1190000руб.;
электрокотёл, 20лет * 108000руб/год + 10000руб. = 2170000руб.;
гелиоустановка, 20лет * 6000руб/год + 450000руб = 570000руб.

Видно, что прошествии 6–8лет солнечный коллектор вернёт деньги и начёт экономить. Но были взяты идеальные условия, к тому же, не учитывалось потребление горячей воды на повседневные нужды. С учётом всех факторов, реальный срок окупаемости для средних широт наступит через 11–12лет.

Большой минус гелиоустановки – это большие одноразовые финансовые вложения. Снизить их поможет поэтапное добавление секций коллекторов, но тогда при проектировании системы отопления, необходимо предусмотреть это в общей конструкции.

В принципе, использование солнечного излучения для обогрева дома и получения горячего водоснабжения, на современном этапе развития технологий оправдано для нескольких случаев:

применение солнечных коллекторов плоского типа для сезонной эксплуатации на садово-дачных участках;

вакуумная конструкция сможет обеспечить теплом весь дом в условиях достаточно мягкого климата, для умеренных и северных широт такой вид отопления целесообразно рассматривать в качестве вспомогательного, из-за достаточно дорогостоящего оборудования;

очень хорошо солнечный коллектор любого типа сочетается с геотермальным отоплением, — летом он может давать тепло в грунт, который будет его аккумулировать и отдавать зимой.

Применение солнечных коллекторов

Устройство, преобразующее энергию солнечного света в тепловую энергию, называют солнечным коллекторам. Солнечный коллектор может применяться как в отопительной системе здания, так и в системе горячего водоснабжения. Согласно расчетным данным, применение данных устройств в системах теплофикации зданий и сооружений дает в среднем от 30% до 60% экономии энергоносителей (газ, электричество) ежегодно, а значит, удешевляет эксплуатацию здания. Расчетная самоокупаемость систем, использующих солнечную энергию, составляет в среднем от двух до пяти лет, в зависимости от цен на энергоносители.

Солнечный коллектор для отопления дома включается в систему теплоснабжения, являясь, по сути, подогревающим теплоноситель элементом, в то время как основные источники теплофикации (газовые или электрические котлы) круглосуточно поддерживают температуру подогретого солнечным коллектором теплоносителя на уровне, необходимом по технологическим или санитарным условиям.КПД систем альтернативного теплоснабжения выше в регионах с высокой солнечной активностью и в светлое время суток. Карта суммарной годовой солнечной радиации приведена на рисунке ниже.

Отличия закрытой и открытой систем ГВС

Подытоживая, можно сказать, что ключевое и принципиальное отличие данных СТ – в цене горячей воды для конечного потребителя. Если при открытой системе оплачивается общая стоимость за горячую воду, то в закрытой – отдельно стоимость холодной воды и отдельно – теплового компонента. При установке счетчиков коммунальные платежи при закрытой СТ существенно ниже, чем при открытой и люди имеют возможность экономить.

Также немаловажно оценить уровень комфорта и удобства: при закрытой СТ эти параметры существенно выше. В частности, автономное ГВС позволяет потребителям осуществлять гибкую регулировку воздуха в помещениях и горячей воды

Советы по монтажу

Несколько рекомендаций помогут увеличить производительность коллектора отопления:

Ящик с радиатором лучше установить не жестко, а с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси. Это даст возможность в течение всего сезона располагать его под прямым углом к направлению солнечных лучей. В этом случае обвязку выполняют гибкой подводкой.
Для стравливания воздуха в нижнюю часть контура следует врезать вентили.
Трубы с горячей водой необходимо утеплить.
В ночное время доступ воды в бак во избежание теплопотерь следует перекрывать.

Не забудьте на вводе в аванкамеру (перед поплавковым краном) установить вентиль. При наступлении холодов его необходимо будет перекрыть, а систему – сдренировать.

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет

Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Солнечные коллекторы для отопления

Плоский гелиопреобразователь