Використання "зеленої" енергії, що поставляється природними стихіями, дозволяє істотно скорочувати комунальні витрати. Наприклад, влаштувавши сонячне опалення приватного будинку, ви будете забезпечувати фактично безкоштовним теплоносієм низькотемпературні радіатори і системи теплих підлог. Погодьтеся, це вже економія.
Все про "зелених технологіях" ви дізнаєтеся із запропонованої нами статті. З нашою допомогою ви запросто розберетеся в різновидах сонячних установок, способи їх влаштування та специфіці експлуатації. Напевно зацікавитесь одним з популярних варіантів, які працювали в світі, але не дуже поки затребуваних у нас.
У представленому вашій увазі огляді розібрані конструктивні особливості систем, детально описані схеми підключення. Наведено приклад розрахунку сонячного опалювального контуру для оцінки реалій його споруди. На допомогу самостійним майстрам додаються фото-підбірки і відео.
"Зелені" технології отримання тепла
В середньому 1 м 2 поверхні землі отримує 161 Вт сонячної енергії в годину. Зрозуміло, на екваторі цей показник буде у багато разів вище ніж в Заполяр'ї. Крім того, щільність сонячного випромінювання залежить від пори року.
У Московській області інтенсивність сонячного випромінювання в грудні-січні відрізняється від травня-липня більш ніж в п'ять разів. Однак сучасні системи настільки ефективні, що здатні працювати практично скрізь на землі.
Сучасні геліосистеми здатні ефективно працювати в похмуру і холодну погоду до -30 ° С
Завдання використання енергії сонячної радіації з максимальним ККД вирішується двома шляхами: прямий нагрів в теплових колекторах і сонячні фотоелектричні батареї. Сонячні батареї спочатку перетворять енергію сонячних променів в електрику, потім передають через спеціальну систему споживачам, наприклад електрокотли.
Теплові колектори нагріваючись під дією сонячних променів нагрівають теплоносій систем опалення та гарячого водопостачання.
Сонячні колектори - основні постачальники підготовленого до використання теплоносія в системи опалення заміських будинків 
Колектор являє собою систему трубок, незакритих або закритих темною, що підсилює ефект поглинання сонячних променів поверхнею 
Трубки відкритих сонячних приладів зсередини покриті складом, що привертає до себе сонячні промені і підсилює дію 
Трубчасті різновиди колекторів застосовуються в підігріві всіх видів теплоносіїв, задіяних в системах опалення 
У наших широтах тепла, що надходить в результаті переробки сонячної енергії, недостатньо для повноцінної роботи опалення. Підвищити продуктивність допоможе концентрическая форма і великогабаритна лупа 
Модифікації сонячних колекторів, що дозволяють залучити найбільшу кількість сонячних променів, випускаються у вигляді увігнутих концентраторів з дзеркальним відбивачем 
Моделі, які використовуються для отримання переробленої сонячної енергії в більших масштабах, оснащують пристроями "стеження" за рухом сонця 
Підсилюють продуктивність системи не тільки за допомогою зміни форми і використання пристроїв руху. В основному підвищують, збільшуючи приймальню площа
Теплові колектори бувають декількох видів, в числі яких відкриті і закриті системи, плоскі і сферичні конструкції, напівсферичні колектори концентратори і багато інших варіанти. Теплова енергія, отримана з сонячних колекторів використовується для нагрівання гарячої води або теплоносія системи опалення.
Промисловість в широкому асортименті виробляє колекторні системи для включення в незалежну опалювальну мережу. Однак найпростіший варіант для дачі нескладно зробити власноруч:
Сонячні колектори - один з найпростіших і найдешевших варіантів для виготовлення приладів своїми руками 
Колектор являє собою покладений різними способами змійовик, підключений до теплообмінних контурах і до баку, службовцю акумулятором підготовленого теплоносія 
У самостійному виробництві колекторів найчастіше застосовуються мідні трубки і змійовики холодильників 
Для збільшення продуктивності теплоприемника сонячного опалення змінюється форма приладу, збільшується поглинає площа 
Досить поширеним і затребуваним варіантом підручного матеріалу є сталеві труби з трійниками від демонтованого водопроводу або їх пластикові аналоги 
Активно застосовуються пластикові пляшки з відрізаним дном і шийкою. Їх використовують в якості светопроводящего кожуха металевого приймача, розташованого усередині пляшок 
Цікаве рішення - застосування алюмінієвих банок, службовців раніше тарою для соків і великого асортименту газованих напоїв 
Відзначимо, що в власноручному виробництві приладів сонячного опалення лідирують полімерні труби: як гнучкі з ПНД або ПВХ, так і жорсткі ПП і ПВХ
Незважаючи на явний прогрес в розробці рішень по збиранню, акумулювання і використання сонячної енергії, існують переваги і недоліки.
Ефективне використання енергії сонця
Найочевиднішим плюсом використання енергії сонця є її загальнодоступність. Насправді навіть в саму похмуру і хмарну погоду сонячна енергія може бути зібрана і використана.
Другий плюс - це нульові викиди. По суті, це самий екологічно чистий і природний вид енергії. Сонячні батареї і колектори не виробляють шуму. У більшості випадків встановлюються на дахах будівель, не займаючи корисну площу заміського ділянки.
Ефективність сонячного опалення в наших широтах досить низька, що пояснюється недостатньою кількістю сонячних днів для регулярної роботи системи (+)
Недоліки, пов'язані з використанням енергії сонця, полягають в мінливості освітленості. У темний час доби стає нічого збирати, ситуація ускладнюється тим, що пік опалювального сезону припадає на найкоротші світлові дні в році. Необхідно стежити за оптичною чистотою панелей, незначне забруднення різко знижує ККД.
Крім того, не можна сказати, що експлуатація системи на сонячній енергії обходиться повністю безкоштовно, існують постійні витрати на амортизацію обладнання, роботу циркуляційного насоса і керуючої електроніки.
Істотний недолік опалення, заснованого на застосуванні сонячних колекторів, полягає у відсутності можливості накопичувати теплову енергію. У схему включений тільки розширювальний бак (+)
Відкриті сонячні колектори
Відкритий сонячний колектор являє собою незахищену від зовнішніх впливів систему трубок, по яких циркулює нагрівається безпосередньо сонцем теплоносій.
В якості теплоносія застосовується вода, газ, повітря, антифриз. Трубки або закріплюються на несучої панелі у вигляді змійовика, або приєднуються паралельними рядами до вихідного патрубка.
Сонячні колектори відкритого типу не здатні впоратися з опаленням приватного будинку. Через відсутність ізоляції теплоносій швидко остигає. Їх використовують в літню пору в основному для нагріву води в душових або басейнах
У відкритих колекторів немає зазвичай ніякої ізоляції. Конструкція дуже проста, тому має невисоку вартість і часто виготовляється самостійно.
Зважаючи на відсутність ізоляції практично не зберігають отриману від сонця енергію, відрізняються низьким ККД. Застосовуються їх переважно в літній період для підігріву води в басейнах або літніх душових.
Встановлюються в сонячних і теплих регіонах, при невеликих перепадах температури навколишнього повітря і підігрівається води. Добре працюють тільки в сонячну, безвітряну погоду.
Найпростіший сонячний колектор з теплоприемником, зробленим з бухти полімерних труб, забезпечить поставку підігрітої води на дачі для поливу і побутових потреб
Трубчасті колекторні різновиди
Трубчасті сонячні колектори збираються з окремих трубок, по яких курсує вода, газ або пар. Це один з різновидів геліосистем відкритого типу. Однак теплоносій вже набагато краще захищений від зовнішнього негативу. Особливо в вакуумних установках, влаштованих за принципом термосів.
Кожна трубка підключається до системи окремо, паралельно один одному. При виході з ладу однієї трубки її легко поміняти на нову. Вся конструкція може збиратися безпосередньо на покрівлі будинку, що значно полегшує монтаж.
Трубчастий колектор має модульну структуру. Основним елементом є вакуумна трубка, кількість трубок варіюється від 18 до 30, що дозволяє точно підібрати потужність системи
Вагомий плюс трубчастих сонячних колекторів полягає в циліндричній формі основних елементів, завдяки яким сонячне випромінювання вловлюється круглий світловий день без застосування дорогих систем стеження за пересуванням світила.
Спеціальне багатошарове покриття створює свого роду оптичну пастку для сонячних променів. На схемі частково показана зовнішня стінка вакуумної колби відображає промені на стінки внутрішньої колби (+)
По конструкції трубок розрізняють пір'яні і коаксіальні сонячні колектори.
Коаксиальная трубка являє собою посудину Дьаюра або всім знайомий термос. Виготовлені з двох колб між якими відкачано повітря. На внутрішню поверхню внутрішньої колби нанесено високоселективним покриття ефективно поглинає сонячну енергію.
При циліндричної формі трубки сонячні промені завжди падають перпендикулярно поверхні
Теплова енергія від внутрішнього селективного шару передається тепловій трубці або внутрішньому теплообміннику з алюмінієвих пластин. На цьому етапі відбуваються небажані тепловтрати.
Пір'яна трубка являє собою скляний циліндр із вставленим усередину пір'яним абсорбером.
Свою назву система отримала від пір'яного абсорбера, який щільно охоплює теплової канал з теплопроводящей металу
Для хорошої теплоізоляції з трубки відкачано повітря. Передача тепла від абсорбера відбувається без втрат, тому ККД пір'яних трубок вище.
За способом передачі тепла є дві системи: прямоточні і з термотрубкі (heat pipe). Термотрубкі є запаяну ємність з легкоиспаряющихся рідиною.
Оскільки легкоиспаряющихся рідина природним чином стікає на дно термотрубкі, мінімальний кут нахилу становить 20 ° С
Усередині термотрубкі знаходиться легкоиспаряющихся рідина, яка сприймає тепло від внутрішньої стінки колби або від пір'яного абсорбера. Під дією температури рідина закипає і у вигляді пари піднімається вгору. Після того як тепло віддано теплоносія опалення або гарячого водопостачання, пара конденсується в рідину і стікає вниз.
Як легкоиспаряющихся рідини часто застосовується вода при низькому тиску. У прямоточною системі використовується U-подібна трубка, по якій циркулює вода або теплоносій системи опалення.
Одна половина U-подібної трубки призначена для холодного теплоносія, друга відводить нагріте. При нагріванні теплоносій розширюється і надходить в накопичувальний бак, забезпечуючи природну циркуляцію. Як і в випадку систем з термотрубкі, мінімальний кут нахилу повинен складати не менше 20⁰.
При прямоточном підключенні тиск в системі не може бути високим, так як всередині колби технічний вакуум
Прямоточні системи більш ефективні так як відразу нагрівають теплоносій. Якщо системи сонячних колекторів заплановані до використання цілий рік, то в них закачується спеціальні антифризи.
Застосування трубчастих сонячних колекторів має ряд переваг і недоліків. Конструкція трубчастого сонячного колектора складається з однакових елементів, які відносно легко замінити.
переваги:
- низькі тепловтрати;
- здатність працювати при температурі до -30⁰С;
- ефективна продуктивність протягом усього світлового дня;
- хороша працездатність в областях з помірним і холодним кліматом;
- низька парусність, обгрунтована здатністю трубчастих систем пропускати крізь себе повітряні маси;
- можливість виробництва високої температури теплоносія.
Конструктивно трубчаста конструкція має обмежену апертурну поверхню.
Володіє наступними недоліками:
- не здатна до самоочищення від снігу, льоду, інею;
- висока вартість.
Незважаючи на спочатку високу вартість, трубчасті колектори швидше окупаються. Мають великий термін експлуатації.
Трубчасті колектори відносяться до геліоустановки відкритого типу, тому не підходять для цілорічного використання в системах опалення (+)
Плоскі закриті системи
Плоский колектор складається з алюмінієвого каркаса, спеціального поглинаючого шару - абсорбера, прозорого покриття, трубопроводу і утеплювача.
Як абсорбера застосовують зачерненого листову мідь, що відрізняється ідеальною для створення геліосистем теплопровідністю. При поглинанні сонячної енергії абсорбером відбувається передача отриманої їм сонячної енергії теплоносія, циркулюючому по примикає до абсорберу системі трубок.
Із зовнішнього боку закрита панель захищена прозорим покриттям. Воно виготовлене з протиударного загартованого скла, що має смугу пропускання 0, 4-1, 8мкм. На такий діапазон доводиться максимум сонячного випромінювання. Протиударне скло служить хорошим захистом від граду. З тильного боку вся панель надійно утеплена.
Плоскі сонячні колектори відрізняються максимальною продуктивністю і простий конструкцією. ККД їх збільшений за рахунок застосування абсорбера. Вони здатні вловлювати розсіяне і пряме сонячне випромінювання
У переліку переваг закритих плоских панелей числяться:
- простота конструкції;
- хороша продуктивність в регіонах з теплим кліматом;
- можливість установки під будь-яким кутом при наявності пристосувань для зміни кута нахилу;
- здатність самоочищатися від снігу та інею;
- низька ціна.
Плоскі сонячні колектори особливо вигідні, якщо їх застосування заплановано ще на стадії проектування. Термін служби у якісних виробів становить 50 років.
До недоліків можна віднести:
- високі тепловтрати;
- велика вага;
- висока парусність при розташуванні панелей під кутом до горизонту;
- обмеження в продуктивності при перепадах температури понад 40 ° С.
Сфера застосування закритих колекторів значно ширше, ніж геліоустановок відкритого типу. Влітку вони здатні повністю задовольнити потребу в гарячій воді. У прохолодні дні, не включені комунальниками в опалювальний період, вони можуть попрацювати замість газових і електрообігрівачів.
Бажаючим зробити сонячний колектор власними руками для пристрою опалення на дачі пропонуємо ознайомитися з перевіреними на практиці схемами і покрокові інструкції по збірці.
Порівняння характеристик сонячних колекторів
Найголовнішим показником сонячного колектора є ККД. Корисна продуктивність різних за конструкцією сонячних колекторів залежить від різниці температур. При цьому плоскі колектори значно дешевше трубчастих.
Значення ККД залежать від якості виготовлення сонячного колектора. Мета графіка показати ефективність застосування різних систем в залежності від різниці температури
При виборі сонячного колектора варто звернути увагу на ряд параметрів показують ефективність і потужність приладу.
Для сонячних колекторів є кілька важливих характеристики:
- коефіцієнт адсорбції - показує відношення поглиненої енергії до загальної;
- коефіцієнт емісії - показує відношення переданої енергії до поглиненої;
- загальна і апертурная площа;
- ККД.
Апертурна площа - це робоча площа сонячного колектора. У плоского колектора апертурная площа максимальна. Апертурну площа дорівнює площі абсорбера.
Способи підключення до системи опалення
Оскільки пристрої на сонячній енергії не можуть забезпечити стабільне і цілодобове постачання енергією, необхідна система стійка до цих недоліків.
Для середньої смуги Росії сонячні пристрої не можуть гарантувати стабільний приплив енергії, тому використовуються як додаткова система. Інтегрування в існуючу систему опалення і гарячого водопостачання відрізняється для сонячного колектора і сонячної батареї.
Схема з водяним колектором
Залежно від цілей використання теплового колектора застосовуються різні системи підключення. Варіантів може бути декілька:
- Літній варіант для гарячого водопостачання
- Зимовий варіант для опалення та гарячого водопостачання
Літній варіант найбільш простий і може обходиться навіть без циркуляційного насоса, використовуючи природну циркуляцію води.
Вода нагрівається в сонячному колекторі і за рахунок теплового розширення надходить в бак-акумулятор або бойлер. При цьому відбувається природна циркуляція: на місце гарячої води з бака засмоктується холодна.
Взимку при негативних температурах прямий нагрів води неможливий. По закритому контуру циркулює спеціальний антифриз, забезпечуючи перенесення тепла від колектора до теплообмінника в баку
Як будь-яка система заснована на природній циркуляції працює не дуже ефективно, вимагаючи дотримання необхідних ухилів. Крім того, що акумулює бак повинен бути вище ніж сонячний колектор. Щоб вода залишалася якомога довше гарячої бак необхідно ретельно утеплити.
Якщо Ви хочете дійсно домогтися максимально ефективної роботи сонячного колектора, схема підключення ускладнитися.
Щоб вночі колектор не перетворився в радіатор охолодження необхідно припиняти циркуляцію води примусово
За системою сонячного колектора циркулює незамерзаючий теплоносій. Примусову циркуляцію забезпечує насос під управлінням контролера.
Контролер керує роботою циркуляційного насоса грунтуючись на показаннях як мінімум двох температурних датчиків. Перший датчик вимірює температуру в накопичувальному баку, другий - на трубі подачі гарячого теплоносія сонячного колектора.
Як тільки температура в баці перевищить температуру теплоносія, в колекторі контролер відключає циркуляційний насос, припиняючи циркуляцію теплоносія по системі. У свою чергу при зниженні температури в накопичувальному баку нижче заданої включається опалювальний котел.
Новим словом і ефективною альтернативою сонячним колекторам з теплоносієм стали системи з вакуумними трубками, з принципом дії і пристрої яких ми пропонуємо ознайомитися.
Схема з сонячною батареєю
Було б заманливо застосувати схожу схему підключення сонячної батареї до електромережі, як це реалізовано в разі сонячного колектора, накопичуючи інформацію, що надійшла за день енергію. На жаль для системи електропостачання приватного будинку створити блок акумуляторів достатньої ємності дуже дорого. Тому схема підключення виглядає наступним чином.
При зниженні потужності електричного струму від сонячної батареї блок АВР (автоматичне включення резерву) забезпечує підключення споживачів до загальної елетромережі
З сонячних панелей заряд надходить на контролер заряду, який виконує кілька функцій: забезпечує постійну підзарядку акумуляторів і стабілізує напругу. Далі електричний струм надходить на інвертор, де відбувається перетворення постійного струму 12В або 24В в змінний однофазний струм 220В.
На жаль, наші електромережі не пристосовані для отримання енергії, можуть працювати тільки в одному напрямку від джерела до споживача. З цієї причини ви не зможете продавати видобуту електроенергію або хоча б змусити лічильник крутиться у зворотний бік.
Використання сонячних батарей вигідно тим, що вони надають більш універсальний вид енергії, але при цьому не можуть зрівнятися за ефективністю з сонячними колекторами. Однак останні не володіють можливістю накопичувати енергію на відміну від сонячних фотоелектричних батарей.
Робоча частина сонячних батарей є набором послідовно з'єднаних кремнієвих пластин 
Хоча зовні сонячні батареї можуть і нагадувати закриті плоскі колектори, але принцип роботи приладів цього виду істотно відрізняється 
Батареї з фотоелектричними елементами виробляють електроенергію, яку можна використовувати для нагріву теплоносія або для живлення електричних обігрівачів 
Для спорудження сонячної панелі недостатньо підручних засобів. Будуть потрібні кремнієві пластини, які доведеться купувати
Все про варіанти організації опалення приватного будинку на сонячних батареях ви знайдете в цій статті.
Приклад розрахунку необхідної потужності
При розрахунку необхідної потужності сонячного колектора дуже часто помилково виробляють обчислення, виходячи з надходить сонячної енергії в найхолодніші місяці року.
Справа в тому, що в інші місяці року вся система буде постійно перегріватися. Температура теплоносія влітку на виході з сонячного колектора може досягати 200 ° С при нагріванні пара чи газу, 120 ° С антифризу, 150 ° С води. Якщо теплоносій закипить, він частково випаруватися. В результаті його доведеться замінити.
Компанії виробники рекомендують виходити з таких цифр:
- забезпечення гарячого водопостачання не більше 70%;
- забезпечення опалювальної системи не більше 30%.
Решта необхідне тепло повинно виробляти стандартне опалювальне обладнання. Проте при таких показниках на рік економиться в середньому близько 40% на опаленні і гарячому водопостачанні.
Потужність виробляється однією трубкою вакуумної системи залежить від географічного розташування. Показник сонячної енергії падаючої на рік на 1 м 2 землі називається інсоляцією.
Знаючи довжину і діаметр трубки, можна вирахувати апертуру - ефективну площу поглинання. Залишається застосувати коефіцієнти абсорбції та емісії для обчислення потужності однієї трубки в рік.
Приклад розрахунку:
Стандартна довжина трубки становить 1800 мм, ефективна - 1600 мм. Діаметр 58 мм. Апаратура - затінений ділянку створюваний трубкою. Таким чином площа прямокутника тіні складе:
S = 1, 6 * 0, 058 = 0, 0928м 2
ККД середньої трубки становить 80%, сонячна інсоляція для Москви становить близько 1170 кВт * год / м 2 на рік. Таким чином одна трубка виробить в рік:
W = 0, 0928 * 1170 * 0, 8 = 86, 86кВт * год
Необхідно відзначити, що це дуже приблизний розрахунок. Кількість енергії, що виробляється залежить від орієнтування установки, кута, середньорічної температури і т.д.
З усіма видами альтернативних джерел енергії та способами їх використання ви зможете ознайомитися в представленій статті.
Висновки і корисне відео по темі
Відео # 1. Демонстрація дії сонячного колектора в зимовий час:
Відео # 2. Порівняння різних моделей сонячних колекторів:
Протягом усього свого існування людство з кожним роком споживається все більше енергії. Спроби використовувати безкоштовне сонячне випромінювання робилися давно, але тільки останнім часом стало можливим ефективно використовувати сонце в наших широтах. Безсумнівно, що за геліосистемами майбутнє.
Хочете повідомити про цікаві особливості в організації сонячного опалення заміського будинку або дачі? Пишіть, будь ласка, коментарі в розташованому нижче блоці. Тут же можна задати питання, залишити фото з демонстрацією процесу складання системи, поділитися корисними відомостями.