При мысли о гигантском термоядерном реакторе, болтающемся совсем неподалеку от нашей планеты и абсолютно бесплатно рассылающем во все стороны невообразимое количество энергии, проблема нехватки энергетических ресурсов для человечества кажется нелепой и совершенно надуманной.
В самом деле, несмотря на внушительное расстояние между Солнцем и Землей, последней достается весьма солидный кусок солнечного энергетического пирога – в среднем 173 млн. гигаватт.
Пытаясь употребить хоть малую толику этого щедрого подарка на нужды человечества, ученые придумали немало устройств, наиболее эффективным из которых пока является солнечный коллектор. Далее мы узнаем, как используются солнечные коллекторы для отопления частного дома и можно ли соорудить это техническое чудо своими руками.
Варианты использования солнечной энергии
На сегодняшний день придумано целых два способа усвоения солнечной энергии.
Если взять два полупроводниковых элемента с дырочной и электронной проводимостью, слепить их вместе и вынести на солнце, то в области p-n-перехода появится электрический потенциал.
Любознательный читатель может проверить этот факт на опыте, срезав верхушку корпуса обычного транзистора.
Таким образом, благодаря этому абсолютно примитивному устройству, энергия солнечного света превращается в электрическую. Если взять их в большом количестве и соответствующим образом соединить в электрическую цепь, получится вполне заслуживающий уважения источник бесплатного электротока – фотоэлектрическая или солнечная батарея.
Сегодня ученые пытаются собирать солнечные батареи из самых разных материалов. По сочетанию производительности и цены наиболее удачными пока остаются элементы из монокристаллического и поликристаллического кремния. КПД этих устройств пока невелик – на уровне 14% 18%, так что расти есть куда.
В силу низкой эффективности организовывать отопление частного дома солнечными коллекторами пока нецелесообразно.
Использование лучистого тепла
Если солнечная энергия нужна именно для отопления дома или приготовления горячей воды, то вместо фотоэлементов лучше установить солнечный коллектор.
Он представляет собой капсулу, в которой имеется некая среда – вода, антифриз или даже просто воздух.
Греясь в ласковых солнечных лучах, эта среда вбирает в себя тепловую энергию, после чего направляется к потребителям, например, радиаторам водяного отопления.
КПД таких устройств составляет уже 80% 95%. В сущности, выкрашенный в черный цвет бак над дачным летним душем можно считать прародителем современных солнечных коллекторов.
Как работает солнечный коллектор?
Самый простой способ использования солнечного коллектора – устройство на его основе воздушного отопления. В этом случае в коллектор, установленный, к примеру, на крыше, вентилятором нагнетается воздух, который затем попадает в помещение уже в нагретом состоянии. С такой системой можно не бояться протечек или замерзания, но зато в силу малой теплоемкости и плохой теплопроводности воздуха она является малоэффективной. К тому же ее почти невозможно регулировать.
В более сложном варианте применяется жидкий теплоноситель. В этом случае солнечный коллектор подключается к замкнутому контуру, в который с другой стороны (образно) врезается теплообменник, находящийся внутри теплоаккумулятора. Последний представляет собой хорошо утепленную емкость, наполненную водой.
Отопительная система с использованием солнечных коллекторов
Имеющийся в контуре теплоноситель нагревается в коллекторе, а затем следует к теплообменнику, где отдает полученное тепло содержимому теплоаккумулятора. Далее с помощью теплоаккумулятора осуществляется нагрев воды для системы отопления или горячего водоснабжения.
Если все компоненты системы разместить определенным образом, теплоноситель будет циркулировать в ней за счет конвекции, иначе говоря сам по себе.
Если по каким-либо причинам установить коллектор и теплоаккумулятор должным образом не получается, приходится обеспечивать циркуляцию теплоносителя принудительно, то есть с помощью насоса. Эффективность системы при этом в силу затрат на электроэнергию снижается.
Теплоаккумулятор позволяет использовать солнечный коллектор более гибко. С его помощью можно «придержать» избыток тепла, образующийся в течение ясного дня, а затем израсходовать ночью или в пасмурную погоду.
Понятно, что всецело полагаться на солнечный коллектор нельзя, ведь густая облачность может на долгое время сделать его бесполезным. На этот случай в теплоаккумуляторе устанавливают ТЭНы, позволяющие нагреть воду электричеством.
Типы солнечных коллекторов
О том, что солнечные коллекторы бывают воздушными и жидкостными, было рассказано выше. По конструктивному исполнению они также делятся на две группы:
- Плоскопластинчатые или просто плоские: самый простой, дешевый и долговечный вариант. Имеет вид плоской коробки со специальным покрытием, хорошо поглощающим солнечное тепло. Это покрытие контактирует с трубками, по которым движется теплоноситель. Недостатком плоскопластинчатого коллектора являются теплопотери, обусловленные непосредственным контактом с воздушной средой.
- Трубчатые или вакуумные: при изготовлении этих коллекторов применяют тот же прием, что и при создании термосов – вакуумную теплоизоляцию. Трубки, по которым движется рабочая среда, находятся в колбах (воздух из них выкачивается для создания вакуума). Благодаря этому контакт с окружающим воздухом отсутствует, а вместе с ним и теплопотери. Оптическая эффективность вакуумных солнечных коллекторов для отопления на 20% ниже, чем у плоскопластинчатых. Но из-за отсутствия теплопотерь они все-равно оказываются более эффективными, особенно в холодную погоду. Недостатками коллекторов данного типа являются высокая стоимость и менее длительный, чем у плоских, срок службы.
Основные типы солнечных коллекторов
Обогрев энергией солнца перспективное направление развития отопительных систем. Используя солнечные батареи для отопления дома, можно немало сэкономить. О том, какие разновидности солнечных элементов имеются в распоряжении в настоящее время, читайте на нашем сайте. А также особенности выбора, установка и отзывы пользователей.
Об организации инфракрасного отопления в частном доме читайте тут.
Если вы живете в частном доме, то у вас большая свобода в выборе систем коммуникаций. Это касается и отопительных систем. Здесь https://4air.ru/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/alternativnye-istochniki-energii-dlya-chastnogo-doma.html представлен обзор альтернативных источников энергии для частного дома: солнечная, ветряная энергия, биогаз и т.д.
Как сделать солнечный коллектор отопления своими руками?
Сделать такое устройство своими силами совсем не сложно. Приводим общую инструкцию по сборке коллектора для радиаторного отопления:
- Из стальных труб необходимо сделать радиатор – главный элемент солнечного коллектора. Обычно берут несколько отрезков труб большого диаметра и соединяют их перемычками из более тонких. Готовую деталь необходимо окрасить черной краской.
- Далее из фанеры или ДСП нужно сделать ящик, стенки и дно которого оклеиваются пенопластовой или минераловатной теплоизоляцией. Снизу на дно ящика для прочности набиваем несколько брусков, а с внутренней стороны – также на дно – поверх теплоизоляции укладываем лист из оцинкованной стали (кровельное железо). На этот лист (его также нужно выкрасить в черный цвет) и будет уложен радиатор, прикрепляемый хомутами.
- Сверху ящик необходимо накрыть стеклом, которое укладывается на силиконовый герметик.
- Теперь нужно изготовить аванкамеру, которая будет поддерживать в системе небольшое давление (эдакая водонапорная башня в миниатюре). Это просто металлическая емкость объемом около 40 л, которая снабжена поплавковым краном, выходным патрубком с шаровым краном (в нижней части) и аварийным переливом. От него впоследствии будет выведена труба в канализацию.
- В качестве накопительного бака будем использовать стальную емкость объемом 150 – 400 л, также снабженную патрубками и аварийным переливом. Ее необходимо оклеить пенопластом или минватой. Можно поступить иначе: емкость устанавливается в фанерном ящике, а пространство между ней и стенками засыпается песком или керамзитом.
- Аванкамера и накопительный бак устанавливаются в чердачном пространстве, причем аванкамера должна располагаться выше накопителя не менее, чем на 0,8 м.
- Радиатор устанавливается на крыше так, чтобы лучи солнца падали на стеклянную крышку перпендикулярно. При этом он должен быть ниже накопителя хотя бы на 0,7 м.
- Поплавковый кран аванкамеры необходимо подключить к водопроводу полудюймовой трубой. Для соединения между собой всех устройств (аванкамера – радиатор – накопитель) и подачи горячей воды к смесителям используются дюймовые трубы.
Первоначальное заполнение системы водой необходимо производить через патрубок в нижней части радиатора до тех пор, пока из перелива аванкамеры не польется вода.
Благодаря этому удастся избежать образования воздушных пробок. Теперь можно открывать кран на выходном патрубке аванкамеры и пользоваться коллектором.
Коллекторы на крыше после монтажа
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.
Отзывы об отоплении солнечными коллекторами
Тема солнечных коллекторов обсуждается в Интернете довольно активно.
Утверждение о том, что данные устройства не окупаются, многие считают спорным, ведь учитывать следует не только стоимость топлива, которое будет сэкономлено благодаря солнечному коллектору, но и стоимость подключения традиционного отопительного прибора.
По свидетельству одного из пользователей, за подключение электрокотла на 15 кВт ему пришлось заплатить 400 тыс. руб. (200 тыс. пришлось отдать за замену трансформатора).
Информацию о том, что трубчатые (вакуумные) коллекторы постоянно приходится очищать от снега, владельцы таких устройств подтверждают лишь частично: на округлой поверхности колб снег задерживается если она из-за образовавшейся изморози стала шероховатой. Если дует хотя бы легкий ветерок, проблем со снегом нет вообще. А вот плоскопластинчатые коллекторы засыпает снегом даже несмотря на сильный ветер.
Прочность вакуумных коллекторов, как свидетельствуют многие пользователи, также оказалась на высоте. Устройство выдерживает даже крупный град.
Среди производителей наивысшую оценку пользователей получили европейские компании, например, немецкая Wolf. Кое-что из китайской продукции, как показала практика, также заслуживает уважения, например, коллекторы компании Himin Solar.
Об эффективности солнечных коллекторов позволяет судить следующий факт: на широте Москвы в летний сезон установка из 45-ти вакуумных трубок в условиях переменной облачности способна за два-три часа довести воду в 300-литровом баке до кипения.
Есть масса причин, по которым имеет смысл соорудить солнечный водонагреватель своими руками. Самое главное это то, что энергия бесплатная. Рассмотрим, как устроен солнечный водонагреватель, как его собрать и установить.
О преимуществах коллекторной системы отопления поговорим в этой теме.