Слънчеви отопителни системи: анализ на технологиите за изграждане на отопление на базата на хелиосистеми

Въпросът за търсене на алтернативни източници на топлина става все по-актуален. Това се дължи на растящите цени на газа, въглищата, нефта. Много обещаващо направление са слънчевите отоплителни системи, способни ефективно да отопляват помещенията в продължение на много години.

Обмисляте изграждането на хелиосистема, но имате съмнения и въпроси? Ще ви помогнем да разберете кога е целесъобразно да използвате слънчевата енергия за отопление и ще опишем възможните варианти за организация на отоплението. Освен това ще предложим инструкции за изработка на самоделни хелиосистеми – плосък и тръбен колектор.

Слънчевата енергия – алтернативен източник на топлина

Идеята за използване на слънчева енергия за отопление не е нова. Нещо повече, целесъобразността на нейното приложение е доказана от американци, китайци, испанци, израелци и японци.

Пазарът изобилства от предложения на различни инсталации за преобразуване на слънчевата енергия и по-нататъшното ѝ използване за битови нужди.

Хелиосистемите се използват активно като основен източник на топлина в много страни по света. В нашите ширини те засега се прилагат като допълнение към отоплителната система.

Цената на системите зависи от техния тип, площ, материал, използван при производството. Година след година се наблюдава устойчива тенденция към намаляване на цените на всички видове слънчеви инсталации – хелиосистеми.

Това ги прави по-достъпни за широки слоеве от населението. Но засега не всеки желаещ е готов да направи такава покупка.

За сметка на това, ако желаете, можете да изградите ефективна слънчева отоплителна система със собствените си ръце, харчейки значително по-малко средства.

Привичната отоплителна система, която отлично изпълнява функциите си в продължение на много години, става все по-скъпа. Причина за това е глобалното поскъпване на енергийните ресурси по целия свят. Естественото желание, което възниква у собственика, е да спести от отоплението, което изяжда значителна част от семейния бюджет.

Така слънчевата отоплителна система може напълно да замени привичната твърдогоривна, газова или всяка друга. Всичко зависи от типа и размера на помещението, в което ще се използва.

Вариант, подходящ за зърнохранилище, не е подходящ за жилищна къща, а система, която удовлетворява нуждите на вила, никак няма да се справи с отоплението на 2-етажна къща.

Пълната замяна на традиционното отопление със слънчево понякога е проблематична. Собственикът се опасява, че системата може да не се справи или физически няма достатъчно място за монтаж на необходимия брой панели.

Затова често се използва комбинирана отоплителна система, без да се отказват напълно от инсталираното газово (електрическо или друго) оборудване. Нивото на заместване на привичното отопление със слънчево може да достигне 90%.

Също така, важно значение има годишният брой слънчеви дни на местността, в която се намира жилището. При това среднодневната температура не е толкова важна. Много инсталации ефективно поглъщат светлина в зимните мразовити дни (слънчеви колектори, използващи като топлоносител антифриз).

Освен отопление, слънчевата инсталация може да осигури на жилището топла вода и електроенергия.

Къде хелиоинсталацията ще бъде най-ефективна

При въпроса за замяна на отоплението с хелиоинсталация трябва да се вземат предвид редица фактори, влияещи на нейната ефективност.

Първо, необходимо е правилно да се избере тип хелиосистема. При този въпрос трябва да се вземе предвид площта на помещението и неговото предназначение. Най-често това е частна къща, в която живее семейство от 4-5 души.

Второ, внимателно да се изчислят нуждите от топлина, като се изхожда от максималното потребление през студения сезон. Да се съпоставят тези цифри с количеството произведена енергия от 1 кв. м хелиоинсталация. Ще остане да се изчисли площта на слънчевата конструкция, способна да се справи с отоплението на конкретното помещение.

Получената стойност ще стане основен фактор при определяне на мястото за разполагане на системата. Обикновено собствениците на домакинства предпочитат да използват покрива или стената на къщата. Рядко използват прилежащия участък или покрива на гаража. Понякога изграждат специални подставки за монтаж на инсталацията.

Изграждането на специални стойки за монтаж на слънчеви системи позволява максимално удобното им разполагане на прилежащата територия

Важно е нищо да не пречи на свободното проникване на слънчевите лъчи върху абсорбиращата светлина повърхност. Трябва да изберете южна, югоизточна или югозападна стена или част от покрива.

След като определите къде ще бъдат разположени слънчевите панели, предстои да извършите предварителна подготовка на жилището:

• Освободете пространството. Отсечете излишните насаждения, ако пречат.
• Укрепете покрива. Тук не трябва да забравяте какво тегло ще има предполагаемата конструкция.
• Допълнително изолирайте сградата. В крайна сметка е безсмислено да отоплявате улицата.

Трето, необходимо е да решите въпроса: да купите или сами да изградите отоплителната система. Всичко зависи от финансовите възможности и желанието да отделите време за изработката на конструкцията.

Ако изберете втория вариант, трябва да разберете принципа на работа на необходимата система, за да сглобите всичко правилно.

Възможни варианти за изграждане на слънчево отопление

Вариантите за изграждане на система за слънчево отопление напълно зависят от желанията на собственика на домакинството:

• Използване на фабрични изделия. Закупуване на готови колектори със самостоятелна инсталация и монтаж.
• Изграждане на пилотен проект.  Той е необходим за проверка на ефекта от използването на системата за по-нататъшно извършване на точни изчисления.
• Самостоятелно изпълнение на пълния цикъл от работи.  Изчисление, проектиране, изграждане „от нулата“ на слънчева система, нейния монтаж.

Вариант №1. Той предполага избор на правилното място за разполагане на слънчевите инсталации, тъй като от това ще зависи ефективността на тяхното използване. За монтажа също ще са необходими специални умения.

Няма да се налага да изчислявате броя на панелите – достатъчно ще бъде да представите всичките си желания на фирмата доставчик на оборудването. Освен това ще трябва да отговорите на уточняващите въпроси на мениджърите – всичко, подборът на оптималния брой панели (колектори) ще стане без никакви сложности.

За монтаж на слънчева инсталация на покрива със собствени ръце трябва да си осигурите подкрепата на поне един помощник. Сами няма да се справите с такава работа.

Вариант №2 – изграждане на пилотен проект. Той ще бъде оптималното решение за съмняващите се хора. В крайна сметка окончателното решение за смяна на отоплителната система е трудно да се вземе веднага. Изграждането на слънчев колектор (въздушен или воден) с малки размери и проверката му „в действие“ ще бъде полезен опит.

След като оцените реалните разходи за производство, ги съпоставите с пазарната стойност на аналогични системи и изчислите икономията от използването им в стопанството, вземането на отговорно решение ще бъде лесно.

Вариант №3 – избор на истински майстори.

За пълноценно отопление на обекта ще е необходимо да се извърши колосална работа:

• Да се изчисли необходимата площ на хелиосистемата.
• Да се определи мястото на бъдещия монтаж и да се укрепи.
• Допълнително да се изолира жилището.
• Да се придобият всички елементи за изграждане на системата.
• Да се изгради слънчева батерия.
• Да се монтира изградената система, като се съобразите с основните изисквания – ъгъл на наклон спрямо падането на слънчевите лъчи.

Извършването на пълния цикъл от работи по устройството на системата не може да се нарече лесна задача, но процесът е изключително увлекателен. Освен това позволява да се спести доста солидна сума.

Когато избирате тип отопление, използващо слънчева енергия, трябва да решите дали то ще се използва допълнително за загряване на вода и производство на електроенергия (щракнете за уголемяване)

Видове инсталации за преобразуване на слънчева енергия

В зависимост от принципа на работа се разграничават два типа устройства, поглъщащи слънчевата светлина:

• Батерии на фотоелектрически преобразуватели. Представляващи системи от последователно или паралелно свързани полупроводникови елементи. Те доставят ток за захранване на битови нагреватели.
• Слънчеви колектори. Панели със система от тръбички, напълнени с топлоносител: въздух, незамръзваща смес или вода. Те доставят нагрят от слънцето топлоносител в отоплителния кръг.

Да разгледаме всеки вариант поотделно.

Слънчеви батерии

Слънчевата батерия преобразува поглъщаната светлина в електроенергия. Тя се състои от фотоелементи (най-често силициеви), способни директно да извличат постоянен електрически ток от слънчевото излъчване.

Такава инсталация може да се използва за осигуряване на работоспособността на електрическото отоплително оборудване. Тя трябва да се свърже към системата за електроснабдяване на жилището.

Ефективността на преобразуване на слънчевото излъчване от тази инсталация е от 5% до 20% в зависимост от вида на устройството, което преработва слънчевото излъчване. Производителността на 1 м² слънчева батерия е 120 W.

Остава да се пресметне колко квадратни метра площ ще са необходими за осигуряване на нуждите на конкретно домакинство, като се вземат предвид размерите на жилището, индивидуалните нужди от топлина и нивото на изолация на конструкциите.

Най-удобно е слънчевите батерии да се разполагат на покрива на къщата, като за целта се избере южният му склон.

За отопление слънчевите батерии е най-ефективно да се използват в южните региони. Основният им недостатък е намаляване на ефективността при здрач и облачно време, както и пълната липса на работоспособност през нощта.

За да си направите слънчева батерия със собствени ръце, първо ще трябва да сглобите рамката, да запоите слънчевите елементи, след това всичко внимателно да поставите и да използвате уплътнител.

За изработка на рамката се използват дървени летви и алуминиеви профили. Всичко зависи от размера на сглобяваната конструкция и мястото ѝ на инсталиране. Слънчевите елементи – силициеви пластини – са най-разходната част на конструкцията. Те биват монокристални и поликристални. Първите са малко по-скъпи, но производителността им е с 5% по-висока.

Да ги направите самостоятелно е невъзможно. Фотоволтаичните преобразуватели е по-добре да се закупят с вече запоени проводници.

Предстои да ги поставите върху основа от фиброплоча, след това да ги закрепите в рамката, да изведете проводниците от елементите навън и да залеете всички отвори с уплътнител. Оставете конструкцията да изсъхне добре и я покрийте с капак от стъкло или прозрачна пластмаса.

Схемите за монтаж и начините на свързване на слънчевите батерии са описани в тази статия.

Слънчеви колектори

Принципно различен начин на преобразуване на погълнатата светлина при колекторите. В основата на тяхната работа е топлоносителят, който преминава през тръбите.

В зависимост от конструкцията могат да се разграничат три основни разновидности на колекторите, които най-често се използват за изграждане на слънчева отоплителна система:

• Плоски. Топлоприемникът (абсорберът) е изработен от листов метал с почернена външна повърхност. Като се нагрява, той предава енергията на топлоносителя на отоплителната система.
• Вакуумни. Колекторна система от вакуумен тип е изпълнена по схема на термоси, благодарение на което почти два пъти по-добре се запазва получената от слънцето топлина.
• Концентратори. Устройството е оборудвано с вдлъбната огледална част с голяма повърхностна площ, която фокусира слънчевата светлина върху малка площ на абсорбера.

Най-разпространените в бита хелиоинсталации са оборудвани с тръбна система, изпълнена под формата на паралелно свързани елементи или на серпентина. Тръбите се пълнят или с техническа вода, или със смес от вода с незамръзваща течност или с въздух.

След визуализиране на основните части на хелиоинсталацията е по-лесно да се реши къде е най-добре да се разположат отделните компоненти (+)

Въздушната инсталация може да се използва като допълнителен източник на отопление. Тя не е в състояние да осигури напълно дома с топлина, независимо от региона на неговото разположение. Основната особеност на този вид хелиосистема е въздухът, който изпълнява ролята на топлоносител.

Тръбните системи се използват доста активно за отопление през цялата година. Антифризът или сместа от антифриз се нагрява под слънчевите лъчи, след това преминава през вътрешните топлообменни тръби, след това се насочва към резервоара-накопител.

Помпата стимулира движението на течността, благодарение на която тя се придвижва от резервоара до отоплителната система. Нагретият топлоносител измества охладената част на течността, на която предстои отново да се върне в колектора и да се нагрее.

Принципът на работа на плоската хелиосистема се основава на проникването на слънчевата светлина вътре в панела, където се намира топлопоглътителят. Той се нагрява и излъчва топлина, която се предава на течността, циркулираща в металните тръби (най-често медни).

Какво можете да изградите със собствени сили?

Може да се изгради слънчева отоплителна система, използваща колектор от въздушен тип, със собствени ръце. Най-добре е да се разположи на южната стена на сградата.

Колкото по-голяма е площта на отопляемото помещение, толкова по-голяма площ ще заема колекторът – възможно е, цялата стена на къщата. Също така, тази хелиосистема може да се изгради на тавана.

Ако планирате да инсталирате система за въздушно отопление на тавана, е необходимо да се погрижите той да издържи теглото на инсталацията (+)

Слънчевият колектор, който нагрява въздушната маса, изпълнява функциите си по отопление чрез въздушни потоци, преминаващи вътре в системата. Топлоносителят циркулира по контура, охлажда се и отново попада в системата. Движението на въздушните потоци може да се осъществява естествено или с помощта на вентилатор.

Що се отнася до материалите за изработка на въздушния колектор, тук могат да се използват различни подръчни средства. Не съществува единно правило.

Домашните майстори усъвършенстват този тип слънчева система, сглобявана в домашни условия. Някой се стреми да получи по-евтин вариант, жертвайки при това ефективност, друг – обратното.

След като се запознаете с основните елементи на въздушния колектор, по-лесно е да вземете решение за мястото на неговия монтаж – покрив или стена (+)

Нека разгледаме основните начини.

Особености при инсталиране на тръбна хелиосистема

Слънчева система от тръбен тип за отопление може да бъде използвана в различни региони. Тя не зависи от външната температура. Главното е върху инсталацията да попада максимално количество слънчеви лъчи.

Антифризът, използван като топлоносител, не замръзва при ниски температури. В ясни зимни дни количеството слънчева светлина надвишава количеството светлина, постъпващо през лятото.

Тръбният слънчев колектор се състои от система от прозрачни вакуумни тръби, свързани помежду си. В тях се съдържа вещество с ниска температура на кипене. Когато заври, то се изпарява, предава топлината си на меден накрайник и се стича надолу, където всичко се повтаря отново.

Вакуумните тръби, изработени от огнеупорно стъкло, отвътре са запълнени с вещество, способно да заври при ниска температура (+)

Вакуумните тръби поглъщат до 90% от цялото слънчево излъчване (видимо и инфрачервено). Слънчевата енергия, преобразувана в топлинна, постъпва към топлоносителя. Той предава тази енергия по-нататък по системата – към топлообменника, намиращ се в специален акумулаторен резервоар.

Движението на топлоносителя и водата по отоплителната система се осъществява чрез помпи. Важно е резервоарът да има добра топлоизолация. Топлообменниците обикновено са два: единият се свързва с допълнителен нагревател, вторият – с колекторите.

В домове с този тип слънчеви инсталации е изгодно допълнително да се включи система за подово отопление. Това позволява по-ефективно отопление на сградата.

Що се отнася до монтажа на тръбни колектори, той може да се инсталира самостоятелно. Единствено трябва да се има предвид работният ъгъл на наклон – той трябва да бъде не по-малък от 20°.

Тръбният слънчев колектор се разполага на покрива, като се избере най-слънчевото направление. Важно е наблизо да няма високи сгради, които да пречат на свободното проникване на слънчевата светлина

Да се изгради вакуумна инсталация със собствени ръце няма да стане – невъзможно е да се направят вакуумни тръби в домашни условия. Това се извършва от фабрики, специализирани в производството на вакуумни слънчеви системи.

Плоска слънчева инсталация

Често за отопление се използва плосък слънчев колектор.

За неговото изграждане ще са необходими:

• метална рамка;
• здраво дъно;
• слой топлоизолация;
• слой абсорбер (черен поглътител на слънчево излъчване);
• прозрачен капак – пластмаса, стъкло;
• тръби за течност (мед, алуминий).

Конструкцията трябва да се оборудва с входен и изходен патрубок и помпа за ефективна циркулация на течността.

Плоската слънчева инсталация може да се сглоби със собствени ръце. За това често се използват подръчни средства, като се избират по-евтини материали като аналог (+)

Плоският колектор може да се монтира под всякакъв ъгъл, задължително условие е да се почиства от сняг и прах. Той е особено подходящ за топъл климат.

През студения сезон се наблюдава ниска работоспособност и високи загуби на топлина. Това поставя под съмнение използването само на тази слънчева система за пълноценно отопление. Оптимално е да се използва плоска слънчева инсталация заедно с газово, електрическо или твърдогоривно отопление.

Предлагаме да се запознаете със статии за самостоятелно сглобяване на слънчеви отоплителни системи:

1. Как да направите слънчев колектор за отопление със собствени ръце — стъпка по стъпка ръководство
2. Как да направите слънчева батерия със собствените си ръце: начини за сглобяване и монтаж на слънчев панел

Още веднъж за целесъобразността

Използването на слънчевата енергия за отопление вместо обичайните енергийни ресурси е изгодно. В зависимост от избрания тип слънчева система, икономията при потреблението на платена топлина може да достигне до 100%.

Вариант за пълна замяна на отоплителната система – използване на колектори с вакуумни тръби. Това е доста скъп проект в началния етап. Впоследствие той може да гарантира пълна енергийна независимост, като се изплати за 6-8 години.

Изобретателността на домашните майстори няма граници – като лабиринт за циркулация на течността вътре в колектора може да се приспособи обикновен маркуч

Срокът на експлоатация на слънчевите инсталации е до 25 години. Те изискват незначителна поддръжка – периодично почистване на повърхностите от сняг, прах, отпадъци. Що се отнася до ремонта, той може да се извършва със собствени сили. Съществен недостатък – плоските колектори и слънчевите панели се „плашат“ от урагани.

Такова отопление е безопасно за жителите на дома и околната среда. То е напълно безплатно и не зависи от курса на валутите, цените на енергийните ресурси.

Изводи и полезно видео по темата

Клипът ще демонстрира процеса на самостоятелно изграждане на слънчева батерия:

Нагледно помагало за изграждане на въздушна отоплителна система:

Технология за изработване на плосък слънчев инсталатор със собствените си ръце:

Хелиоинсталациите или слънчевите отоплителни системи се доказаха добре по целия свят. Те позволяват да получавате топлина безплатно, като намаляват разходите за комунални платежи за отопление с до 30%.

Възможен е вариант за пълна замяна на енергийните ресурси със слънчева енергия в отоплителната ви система. Друго съществено предимство е, че хелиоинсталацията може да се сглоби със собствените си ръце.

Имате ли практически умения за сглобяване или експлоатация на слънчеви отоплителни системи? Споделяйте натрупаните знания, задавайте въпроси по темата и участвайте в дискусиите. Формулярът за коментари се намира по-долу.