Как и из чего сделать воздушный коллектор
Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.
Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.
Как сделать расчёты коллектора
Вычисления выполняются следующим образом:
- каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².
Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².
Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.
Типы конструкции коллектора
Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.
В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.
Материалы для изготовления коллектора
Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:
- Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.
Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.
Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.
Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.
Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.
Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.
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).
- 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.
Системы крепления солнечных панелей могут быть разными. Есть готовые (продаются там же, где и сами панели), но вполне можно использовать и сделанные собственноручно
Важно только использовать надежные, стойкие к коррозии материалы. Толщина реек и крепежа должна быть большой: выдерживать должны они и ветровые нагрузки, и массу панелей с самым толстым снежным покровом
Один из методов крепления солнечных батарей на крыше частного дома можно увидеть в видео.
Теперь немного об электрической сборке. Схема подключения солнечной батареи, кроме самих преобразователей, предусматривает наличие:
- контроллера заряда с подключенными аккумуляторными батареями;
- преобразователя (инвертора), который преобразует постоянный ток в переменный;
- предохранителей для защиты от короткого замыкания (повысят безопасность и вашу и системы).
Контроллер и преобразователь имеют ограничения по току и напряжению. Суммарные параметры подключаемой для вашего дома солнечной системы не должны их превышать. Для электрического соединения батарей в единую систему, использовать нужно только те провода, которые выведены наружу.
Принципиальная схема подключения гелиобатарей
Для соединения панелей применяют медный проводник в стойкой к ультрафиолету изоляции. Если провода в подходящей изоляции не нашли, спрячьте его в гофрированный шланг для наружных работ. Толщина жил провода зависит от предполагаемой силы тока в системе и от длины линии, но минимальное сечение 4 мм2. Соединение проводников желательно делать при помощи коннекторов, а не на скрутках. Рекомендуют МС4 потому что проводники, выходящие из большинства солнечных батарей, оконечены именно такими разъемами
Эти разъемы хороши тем, что обеспечивают герметичное соединение, что на крышах немаловажно. Но не все фирмы устанавливают разъемы этого стандарта
В дешевых моделях (особенно китайских) может стоять что-либо иное, так что уточняйте при покупке.
Это схематическое изображение подключения
Теперь о последовательности подключения оборудования в систему. Для безопасного подключения соблюдайте очередность такую:
- К контроллеру подключаются аккумуляторы с соблюдением полярности. Провода — медь, сечение выбирается в зависимости от мощности контроллера.
- К контроллеру подключаются солнечные батареи. Также необходимо соблюдать полярность.
- К контроллеру через предохранитель подключается 12 В потребители.
- К аккумуляторам подключается инвертор (через предохранитель), а к его выходу уже потребители 220 В. Подключение инвертора напрямую к контроллеру исключено: придется покупать новые устройства. А это приблизительно 600-1000$ в зависимости от фирмы и мощности.
Не пренебрегайте последовательностью подключения — это наиболее безопасный алгоритм, гарантирующий (при соблюдении полярности) рабочее состояние системы.
Напоследок, еще один вариант установки на крыше дачи с регулируемым углом наклона. Возможно, вам видео будет полезным.
Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.
При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.
Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %
Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.
Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.
Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными солнечными батареями. Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Солнечная энергия для обогрева помещений
Солнечную энергию в основном рассматривают как источник электричества. Тем не менее, ее можно преобразовывать в тепло, для чего на рынке доступный не меньший ассортимент оборудования. Устройства этого класса более известны как солнечные коллекторы и работают как нагревательные элементы для отопительных систем. Если скомбинировать котлы от системы отопления и нагреватели горячей воды с солнечными коллекторами, экономия может достигнуть до 36% по сравнению с затратами на услуги центральных теплосетей.
Если рассматривать ходовой коллектор в плане конструкции, он представляет собой небольшую прямоугольную панель (1×2 метра, толщина — 100 мм). Основное отличие таких коллекторов — тепловой поток. Это количество тепла, передаваемое жидким теплоносителям по контактной поверхности. Также этот показатель известный как коэффициент потери тепла (Вт/м²×°К). То есть, сколько тепла передается через площадь, чтобы повысить температуру жидкости. У современных моделей этот показатель на одну панель достигает до 5 Вт/м²×°К.
Как подключить солнечную батарею
Прежде чем начать подключение солнечных батарей к отопительной системе, необходимо определиться с типом циркуляции теплоносителя по трубным магистралям:
- Принудительная
- Естественная
Наиболее востребованной считается система с принудительной циркуляцией. Ее обустройство обойдется дороже за счет приобретения дополнительного оборудования и автоматики. Однако многие владельцы собственных домов ставят превыше комфорт и практичность.
Клик для увеличения
Классическая схема подключения солнечной батареи к потребителю выглядит следующим образом:
- Вначале по всем правилам на крыше размещают закупленные солнечные элементы и соединяют их друг с другом
- В отведенном помещении необходимо установить контроллер, который будет следить, сколько энергии производится в данный момент
- За контроллером должны идти аккумуляторы, которые будут накапливать в себе лишнюю энергию и снабжать ею в тех ситуациях, когда солнечные модули не справляются со своей задачей
- За аккумуляторами устанавливается инвертор, который служит для преобразования электрической энергии к требуемым характеристикам
- За инвертором располагаются потребители, роль которых может выполнять электрический котел отопления, накопительные баки с Тэнами, обогреватели и прочие греющие установки
Если солнечная батарея подключается к водяному отоплению с принудительной циркуляцией, на выход коллектора, обратку и бак-накопитель устанавливают датчики температуры (термостаты), которые подсоединяются к автоматике. Последняя в свою очередь будет управлять работой всей системы, при определенных условиях включать или выключать ее.
Наиболее просто осуществляется подключение солнечных модулей к отоплению с естественной циркуляцией. Однако автоматизировать ее будет очень сложно. Необходимо придерживаться следующих правил:
- Накопительный бак располагают выше уровня коллектора
- Нижний вывод подключается к обратке
- Верхний вывод подключается ко входу разогретого теплоносителя
Прочие нюансы подключения
Предусмотреть солнечные батареи для отопления дома необходимо на этапе проектирования или строительства дома, чтобы избежать лишних хлопот. Нужно придерживаться нескольких важных правил:
- Установка батарей должна вестись преимущественно на южной стороне. Перед модулями не должно располагаться деревьев или более высоких построек, которые будут преграждать путь свету или отбрасывать на них свою тень – это существенно снизит эффективность
- Необходимо убедиться, что стропильная система обладает достаточным запасом прочности. Она должна выдерживать не только закрепленные модули, но и снежный покров в зимний период, иначе может произойти обрушение кровли
- Оптимальный угол ската крыши – в интервале 30-45 градусов в зависимости от того, как высоко поднимается на протяжении суток солнце
- Чтобы увеличить эффективность отопительной системы или распараллелить несколько контуров, иногда ставят более одного накопительного коллектора
- К гелиосистемам рекомендуется подключать отопительные контуры с более низкой температурой циркулирующего теплоносителя (панельные змеевики, водяные теплые полы и т. д.)
В заключении
Решившись установить солнечные батареи для отопления дома, необходимо быть готовым к большим первоначальным затратам. Стоимость требуемого оборудования и проводимых работ обойдется от 30 тыс. и выше в зависимости от сложности отопительной системы, выбранных модулей и их количества.
Окупаемость также зависит от большого числа факторов. Если зимы холодные, солнечные и продолжительные, сэкономить затраченные средства удастся через 2-3 года при эксплуатационном сроке до 30 лет. Однако не стоит торопиться, узнав подробнее о других альтернативных методах отопления.
Положительные и отрицательные стороны
Использование альтернативного отопления частных домов имеет свои неоспоримые преимущества. Установка и последующая эксплуатация солнечных модулей обладает следующими положительными сторонами:
- Продолжительный эксплуатационный срок – до 25-40 лет без необходимости дорогостоящих профилактических работ
- Лишнюю накопленную и переработанную солнечную энергию можно будет расходовать на другие нужды
- Независимость от служб ЖКХ и значительное уменьшение счетов за отопление
- Дом будет обогреваться на протяжении всего года
Однако имеются некоторые нюансы, которые ограничивают эксплуатацию отопления на солнечных батареях. Самый первый из них – географическое проживание. В том или ином районе солнце греет по-разному. Если оно появляется через сутки или лишь на пару часов в день, переоборудовать отопительную систему становится экономически невыгодно и следует подумать о других альтернативных источниках энергии (тепловые насосы, ветряные станции, биологическое топливо).
Клик для увеличения
Среди прочих отрицательных сторон можно отметить:
- Высокие первоначальные затраты
- Сложность монтажа оборудования
- Необходимость в резервном источнике отопления
Выбор аккумулятора
Аккумуляторные батареи относятся к расходникам, нуждающимся в периодической замене. Чтобы они служили как можно дольше, стоит ознакомиться с правилами их выбора:
- Главный показатель АКБ — это его емкость. В зависимости от системы он будет отличаться. Подбирать емкость следует с учетом планируемого энергопотребления.
- Аккумулятор имеет массу других характеристики — бренд, вес, категория, возможность самостоятельной зарядки и срок использования. Основные разновидности АКБ — гелевые, жидко-кислотными и AGM. В случае с солнечными станциями хорошо зарекомендовали себя автомобильные батареи.
Сколько стоят солнечные батареи
Чтобы подсчитать, насколько дешевле станет потребление электроэнергии при помощи солнечных батарей, необходимо быть полностью проинформированным по ценам за комплект и будущих вложениях на монтаж и обслуживание. Универсальную стоимость в принципе назвать невозможно, поскольку на формирование цены влияет множество факторов.
Наиболее низкая цена основного компонента ФСЭ (солнечная батарея) с соответствующим качеством составляет примерно 60 рублей за 1 Ватт. Поэтому за батарею на частный дом с мощностью 100 Вт потребуется выложить 6000 рублей.
В комплекте установки могут быть включены разные компоненты, в зависимости от мощности и группы оборудования. То есть, в коробке могут присутствовать модуль зарядки, инвертор, аппаратура для соединения компонентов и станция для хранения энергии. Так, ФСЭ с вырабатываемой мощностью 2 кВ для частного дома будет стоить от 120 тысяч рублей.
Согласно последним статистическим исследованиям рынка ФСЭ, соотношение стоимости на единицу электроэнергии достигает до 9 раз. Так что электричество, полученное за счет собственной электростанции, будет в 9 раз дешевле, чем при получении нго через централизованную сеть.
Особенности отопления солнечным теплом
Целесообразность устройства системы солнечного отопления у многих вызывает сомнения. Основной довод — это дорого и никогда себя не окупит. С тем, что это дорого, приходится согласиться: цены на оборудование немаленькие. Но никто не мешает вам начать с малого. Например, для оценки эффективности и практичности идеи сделать подобную установку самому. Затрат минимум, а представление будете иметь из первых рук. Потом уже будете решать стоит со всем этим связываться или нет. Вот только в чем дело: все негативные сообщения от теоретиков. От практиков не встречалось ни одного. Идет активное выяснение способов улучшения, переделок, но никто не сказал, что затея бесполезна. Это о чем-то говорит.
Теперь о том, что установка системы солнечного отопления никогда не окупится. Пока срок окупае
Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму
мости в нашей стране большой. Он сравним со сроком эксплуатации солнечных коллекторов или батарей. Но если посмотреть динамику роста цен на все энергоносители, то можно предположить, что вскоре он сократится до вполне приемлемых сроков.
Теперь собственно о том, как сделать систему. Прежде всего, нужно определить потребность вашего дома и семи в тепле и горячей воде. Общая методика расчета системы солнечного отопления следующая:
- Зная, в каком регионе находится дом, вы можете узнать, сколько солнечного света приходится на 1м2 площади в каждом месяце года. Специалисты это называют инсоляцией. Исходя из этих данных, вы затем сможете прикинуть, сколько солнечных панелей вам необходимо. Но сначала нужно определить, сколько тепла понадобится на подготовку ГВС и отопление.
- Если счетчик горячей воды у вас есть, то вы знаете объемы горячей воды, которые вы тратите ежемесячно. Выведите средние данные расхода за месяц или считайте по максимальному расходу — это кто как хочет. Также у вас должны иметься данные о тепловых потерях дома.
- Присмотрите солнечные нагреватели, которые хотели бы поставить. Имея данные по их производительности, вы сможете примерно определить количество элементов, необходимое на покрытие ваших потребностей.
Кроме определения количества составляющих гелиосистемы, понадобится определить объем бака, в котором будет накапливаться горячая вода для ГВС. Это легко можно сделать, зная фактический расход вашей семьи. Если у вас установлен счетчик на ГВС, и вы имеете данные за несколько лет, можно вывести среднюю норму потребления в день (средний расход в месяц поделить на количество дней). Вот примерно такой объем бака вам нужен. Но бак нужно брать с запасом в 20% или около того. На всякий случай.
Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами
Если ГВС или счетчика нет, можно воспользоваться нормами потребления. Один человек в сутки в среднем расходует 100-150 литров воды. Зная, сколько человек постоянно проживают в доме, вы рассчитаете требуемый объем бака: норма умножается на количество жильцов.
Сразу нужно сказать, что рациональной (с точки зрения окупаемости) для средней полосы России является система солнечного отопления, которая покрывает порядка 30% потребности в тепле и полностью снабжает горячей водой. Это усредненный результат: в какие-то месяцы отопление будет на 70-80% обеспечиваться гелиосистемой, а в какие-то (декабрь-январь) всего на 10%. И снова-таки многое зависит от типа солнечных батарей и от региона проживания.
Причем дело не только в «севернее» или «южнее». Дело в количестве солнечных дней. Например, на очень холодной Чукотке солнечное отопление будет очень эффективным: там почти всегда светит солнце. В гораздо более мягком климате Англии, с вечными туманами, его эффективность крайне низка.
;
Солнечные батареи для отопления
Принцип действия гелиосистемы отопления дома.
Мы уже разобрались, как выбрать и купить солнечные батареи на дом, поговорили об их принципе действия, достоинствах и недостатках. Теперь следует поговорить о солнечных панелях, используемых для обогрева домовладений – они отличаются по своей конструкции. Принцип их работы заключается в преобразовании энергии солнца в тепло. Такие батареи правильнее называть солнечными коллекторами (гелиосистемами).
Солнечное отопление наиболее выгодно в регионах с максимальным количеством солнечных дней. Здесь батареи смогут переработать максимум энергии, представленной световым и инфракрасным излучением. Затраты на приобретение и установку оборудования окупаются за несколько лет (от 2 до 5) при общем сроке службы до 30 лет. Следует отметить, что данные системы отопления не могут работать самостоятельно, поэтому их используют совместно с другими источниками тепла – это отопительные котлы, электронагреватели.
Многие современные отопительные котлы оснащаются автоматикой для работы с солнечными коллекторами, обеспечивая экономичный обогрев помещений.
Давайте рассмотрим основные достоинства солнечных батарей (гелиосистем):
- Существенная экономия на коммунальных услугах или топливе для работы отопительного оборудования;
- Снижение затрат на горячую воду – максимальная экономия проявляется в летний период;
- Возможность обогрева зданий любого назначения – от жилых построек до предприятий;
- Отсутствие влияния на окружающую среду – какие-либо выбросы здесь отсутствуют;
- Возможность работы с отопительными котлами любого типа.
Есть и недостатки:
Для регионов с обильными снегопадами лучше использовать плоские солнечные батареи с режимом оттайки.
- Отопление с помощью солнечных батарей не может полностью заменить другие источники тепла – оно является вспомогательным;
- Высокая стоимость оборудования – прежде чем покупать технику, нужно провести расчеты целесообразности ее применения;
- Низкая эффективность в сильные морозы и в пасмурную погоду – мощный многодневный снегопад станет серьезным препятствием для работы отопления;
- Коллекторы, как и электрические солнечные батареи, нуждаются в периодической чистке – от пыли и снега.
Недостатки серьезные, как и в случае с электрическими солнечными батареями – и ничего нут не поделаешь.
Стоимость солнечных батарей
Приблизительная цена одной солнечной панели составляет порядка 90 руб./ 1Вт. Следовательно, блок с максимальной мощностью 200 ВТ будет стоить примерно 18.000 рублей.
Вполне естественно, что нормальной работы всех электросетей и коммуникаций дома одного такого модуля будет не достаточно, и таких блоков придется купить более 10 штук. Так что собственная солнечная электростанция с общей мощностью в 1 кВт обойдется порядка 250.000 рублей, не говоря уже о стоимости дополнительного оборудования и работ по установке.
Однако солнечные элементы, изготовленные на основе моно- или поликристаллического кремния, смогут обеспечить полную автономность дома в любое время
Очень важно при этом грамотно подобрать необходимые фотоэлементы и вычислить необходимое их количество в соответствии с площадью дома и требуемой мощностью
