Как устроить солнечное отопление частного дома

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Галерея изображенийФото из Солнечные коллекторы – основные поставщики подготовленного к использованию теплоносителя в системы отопления загородных домовКоллектор представляет собой систему трубок, незакрытых или закрытых темной, усиливающей эффект поглощения солнечных лучей поверхностьюТрубки открытых солнечных приборов изнутри покрыты составом, привлекающим к себе солнечные лучи и усиливающим действиеТрубчатые разновидности коллекторов применяются в подогреве всех видов теплоносителей, задействованных в системах отопленияВ наших широтах тепла, поступающего в результате переработки солнечной энергии, недостаточно для полноценной работы отопления. Повысить производительность поможет концентрическая форма и крупногабаритная лупаМодификации солнечных коллекторов, позволяющие привлечь наибольшее количество солнечных лучей, выпускаются в виде вогнутых концентраторов с зеркальным отражателемМодели, используемые для получения переработанной солнечной энергии в больших масштабах, оснащают устройствами “слежения” за движением солнцаУсиливают производительность системы не только с помощью изменения формы и использования устройств движения. В основном повышают, увеличивая приемную площадьСолнечный коллектор на крыше домаПрибор с поглощающей поверхностьюОткрытый вакуумный солнечный коллекторДля воздушного и парового отопленияЛинза для повышения производительности прибораКоллектор концентратор с отражателемПромышленная модель с устройством движенияМощная группа коллекторов-концентраторов

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

Галерея изображенийФото из Солнечные коллекторы – один из самых простых и дешевых вариантов для изготовления приборов своими рукамиКоллектор представляет собой уложенный разными способами змеевик, подключенный к теплообменным контурам и к баку, служащему аккумулятором подготовленного теплоносителяВ самостоятельном производстве коллекторов чаще всего применяются медные трубки и змеевики холодильниковДля увеличения производительности теплоприемника солнечного отопления изменяется форма прибора, увеличивается поглощающая площадьДостаточно распространенным и востребованным вариантом подручного материала являются стальные трубы с тройниками от демонтированного водопровода или их пластиковые аналогиАктивно применяются пластиковые бутылки с отрезанным дном и горлышком. Их используют в качестве светопроводящего кожуха металлического приемника, расположенного внутри бутылокИнтересное решение – применение алюминиевых банок, служащих ранее тарой для соков и обширного ассортимента газированных напитковОтметим, что в собственноручном производстве приборов солнечного отопления лидируют полимерные трубы: как гибкие из ПНД или ПВХ, так и жесткие ПП и ПВХСамодельный закрытый солнечный коллекторПростейшая конструкцияЗмеевик коллектора из медных трубокМетоды усиления эффективностиИспользование жестких водопроводных труб и фитинговПластиковые бутылки в изготовлении коллекторовВоздушный солнечный коллектор из металлических банокПолимерные трубы в самостоятельном производстве

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Эффективное использование энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс – это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Эффективность солнечного отопления в наших широтах довольно низка, что объясняется недостаточным количеством солнечных дней для регулярной работы системы (+)

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году. Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак (+)

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель.

В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД.  Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых.

Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы (+)

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe). Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20° С

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении. В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель. Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

• низкие теплопотери;
• способность работать при температуре до -30⁰С;
• эффективная производительность в течение всего светового дня;
• хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
• низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
• возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность.

Обладает следующими недостатками:

• не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
• высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления (+)

Плоские закрытые системы

Плоский коллектор состоит из алюминиевого каркаса, специального поглощающего слоя – абсорбера, прозрачного покрытия, трубопровода и утеплителя.

В качестве абсорбера применяют зачерненную листовую медь, отличающуюся идеальной для создания гелиосистем теплопроводностью. При поглощении солнечной энергии абсорбером происходит передача полученной им солнечной энергии теплоносителю, циркулирующему по примыкающей к абсорберу системе трубок.

С наружной стороны закрытая панель защищена прозрачным покрытием. Оно изготовлено из противоударного закаленного стекла, имеющего полосу пропускания 0,4-1,8мкм. На такой диапазон приходится максимум солнечного излучения. Противоударное стекло служит хорошей защитой от града. С тыльной стороны вся панель надежно утеплена.

Плоские солнечные коллекторы отличаются максимальной производительностью и простой конструкцией. КПД их увеличен за счет применения абсорбера. Они способны улавливать рассеянное и прямое солнечное излучение

В перечне преимуществ закрытых плоских панелей числятся:

• простота конструкции;
• хорошая производительность в регионах с теплым климатом;
• возможность установки под любым углом при наличии приспособлений для изменения угла наклона;
• способность самоочищаться от снега и инея;
• низкая цена.

Плоские солнечные коллекторы особенно выгодны, если их применение запланировано еще на стадии проектирования. Срок службы у качественных изделий составляет 50 лет.

К недостаткам можно отнести:

• высокие теплопотери;
• большой вес;
• высокая парусность при расположении панелей под углом к горизонту;
• ограничения в производительности при перепадах температуры более 40°С.

Сфера применения закрытых коллекторов значительно шире, чем гелиоустановок открытого типа. Летом они способны полностью удовлетворить потребность в горячей воде. В прохладные дни, не включенные коммунальщиками в отопительный период, они могут поработать вместо газовых и электрообогревателей.

Желающим сделать солнечный коллектор собственными руками для устройства отопления на даче предлагаем ознакомиться с проверенными на практике схемами и пошаговыми инструкциями по сборке.

Готовые решения нагрева воды солнцем и их цена

Экономическое обоснование приобретения гелиосистемы зависит от нескольких критериев:

• полной стоимости, включая установку;
• теплоотдачи;
• периода окупаемости;
• срока службы.

Не все гелиосистемы одинаково эффективно работают. При использовании коллекторов, сделанных из дешевых и некачественных материалов можно столкнуться с проблемами во время эксплуатации: недостаточной производительностью и быстрым выходом оборудования из строя. Чтобы не испытать разочарования, следует покупать только проверенное временем оборудование.

Ниже приводятся несколько моделей популярных солнечных водонагревателей, которые, судя по отзывам потребителей, сделаны качественно и считаются лучшим выбором в соотношении стоимость/теплоотдача:

• Atmosfera — на базе украинской компании производителя, изготавливаются вакуумные и панельные коллекторы для всесезонного нагрева ГВС и поддержки систем отопления. Водонагреватели Атмосфера подходят для систем с принудительной циркуляцией, имеют улучшенную теплоизоляцию. В корпусе предусмотрено место для установки регулирующих датчиков.
• Особенность гелиоколлекторов Atmosfera в высокой производительности в пасмурную погоду и зимнее время года. Приобрести водонагреватель можно начиная от 20 тыс. руб.
• Sidite — китайская компания, наладившая выпуск гелиосистем и всего, что необходимо для их обслуживания и подключения. Выпускаются трубчатые и панельные солнечные водонагреватели.
  В ассортименте продукции присутствует огромное количество готовых решений для оснащения: коммерческих зданий, бассейнов, хостелов, многоквартирных домов, больниц и др. Водонагреватели Sidite только приобретают популярность среди отечественного потребителя.
• Vaillant auroSTEP plus — гелиоколлекторы с безупречным немецким качеством сборки и такой же традиционной ценой. За систему, достаточную чтобы обеспечить горячей водой семью на 2-3 человека, придется заплатить не меньше 200 тыс. руб. За эти деньги покупателю предоставляется полностью готовая система ГВС Vaillant auroSTEP plus, включая бойлер косвенного нагрева и контроллер.
• SunRain — еще одна модель от китайского производителя. Согласно заявленным техническим характеристикам гелиоколлекторы смогут работать при снижении температуры до –50°С. Допускается горизонтальная и наклонная установка.
  Водонагреватели способны работать в течение всего года. Подключаются к выносному баку. Стоимость трубчатых гелиоколлекторов SunRain от 40 тыс. руб.
• Viessmann Vitosol — линейка немецкого производителя, основная деятельность которого связана с производством водогрейного оборудования. Главные отличия от аналогичной продукции других изготовителей: безупречное качество сборки, полное соответствие заявленным характеристикам.
  В Viessmann Vitosol присутствует антивандальная и противоградовая системы. Поверхность стекла самоочищающаяся. Стоимость от 200 тыс. руб.
• ЯSolar — российская компания, выпускающая системы горячего водоснабжения «под ключ». В комплектацию входит: накопительный бак, контроллер, датчики нагрева, насосная станция, воздухоотводчик.
  Выпускаемые солнечные коллекторы ЯSolar предназначены для подключения в системы с принудительной циркуляцией. Полная стоимость комплекта от 430 тыс. руб.

Заявленный срок службы каждой из представленных моделей 35-50 лет. На первые 15 лет эксплуатации дается гарантия производителя. При всесезонной эксплуатации, в условиях коммерческого применения гелиосистема окупится за несколько лет. Если планируется использовать коллектор только летом, окупаемость наступит через 7-8 лет. Расчет экономической эффективности можно выполнить по следующему графику, показывающему зависимость теплоотдачи от времени года:

Расчет солнечного коллектора для нагрева воды осуществляется по коэффициенту потребления ГВС, используемому в СНиП. Для обеспечения потребности одного человека в горячей воде требуется от 2-4 кВт/час. В технической документации на приобретаемую гелиосистему указывается предполагаемая мощность конвектора, по которой можно узнать подходит ли понравившееся оборудование под конкретные условия эксплуатации.

Перед покупкой желательно изучить отзывы о солнечных коллекторах для нагрева воды. Из комментариев можно узнать о некоторых недостатках гелиосистем и их преимуществах, подобрать подходящую модель гелиоколлектора.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора.

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

• коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
• коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
• общая и апертурная площадь;
• КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Как рассчитать площадь коллектора

Площадь рабочей поверхности системы рассчитывают, учитывая ее вид и особенности расположения. Следует помнить, что КПД коллектора зависит от температурного режима и количества солнечной энергии.

Примерные значения для лета в России на 1 м²: до 160 кВт*ч в месяц, в остальное время – от 20 до 80 кВт*ч.

Для горячего водоснабжения потребуется приблизительно 100*1,16*30=3,48 кВт*ч. При этом 1,16 Вт*ч – это та энергия, которая понадобится для нагрева 1 кг воды на 1 °C.

Для регулирования выработки энергии в жаркую погоду используют тепловые насосы. Также летом конструкции накрывают плотным тентом, если генерируют много энергии. План установки и площадь светочувствительных элементов определяются индивидуально.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно?

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

• готовый змеевик или металлические трубки, предпочтительнее из меди или стали;
• материал для теплоизоляции конструкции и накопительного бака с водой;
• стекло или другой светопрозрачный материал. Например, можно сделать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, который обладает некоторыми преимуществами перед стеклянными образцами: имеет меньший вес, что актуально при установке на крыше дома, и более устойчив перед механическими повреждениями. Но при этом по светопропускной способности не уступает стеклу, к которому предъявляются повышенные требования по прочности (как правило, рекомендуется изготавливать крышку из ударопрочного материала), а это значит, что и по цене поликарбонат имеет перед ним преимущества;
• лист OSB, оргалита или металла;
• материал для изготовления каркаса (подойдут различные пиломатериалы, в том числе даже рамы старых деревянных окон);
• бак для накопительной емкости;
• хомуты, заглушки и другие изделия для монтажа и крепления установки;
• краска или другой химический материал для нанесения селективного покрытия для теплоприемника.

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

1. самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника;
2. коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Какой должна быть площадь коллектора? Формула расчета

Площадь солнечных коллекторов зависит от необходимой для нагрева воды или отопления мощности, интенсивности солнечного излучения для данной территории, КПД каждого коллектора, входящего в состав системы, доли энергии солнца в покрытии потребности в тепле, а также теплопотерь. Производители солнечных коллекторов рассчитывают их площадь и количество с помощью специальных программ, используя различные графики и диаграммы. Но для вычисления площади коллекторов небольшого для частного дома не обязательно углубляться в сложные и малопонятные расчеты, достаточно использовать формулу:

A=K•F•SF/(G•η),
AW=1/(G•η),
A=K•F•SF•AW,

А – площадь коллекторов, м2;

AW – приведенная площадь, которая способна генерировать 1кВт•час за один день, м2•день/(кВт•час);

Η – КПД одного коллектора, %;

G – полное излучение солнца за один день, характерное для данной местности, кВт•час/(м2•день);

К – коэффициент, учитывающий величину угла наклона коллекторов и их ориентацию относительно сторон света (выбирается из таблицы);

F – энергия, необходимая для нагрева воды или отопления дома на одни сутки, кВт•час/день;

SF – доля энергии солнца в покрытии потребности в тепле, %.

Доля солнечной энергии – это та часть энергии, которую производит солярная установка, от общей энергии, затрачиваемой на обогрев или нагрев воды. Обычно ее значение составляет от 60 до 70% от годового потребления энергии. Солярные установки с большей долей солнечной энергии используются в паре с вспомогательными газовыми котлами, работающими на низком уровне.

Данные, необходимые для проведения расчета площади, могут значительно отличаться между собой в зависимости от типов коллекторов, их моделей и производителей.

Прокладка трубопроводов

Одна из самых сложных задач при монтаже коллектора — соединить его с внутренней сантехникой. Трубопровод должен не только быть устойчивым к перепадам температур, но также иметь качественное утепление. Самым оптимальным вариантом для этих целей считаются трубы PEX с системой надвижных фитингов, которые применяются в системах горячего водоснабжения.

В идеале протяжённость труб должна быть минимальной, особенно во внешней части магистрали. Поэтому коллекторы принято монтировать в самой низкой части ската, заводя соединительные трубы под покрытие в области мауэрлата. Такое размещение не всегда приемлемо из-за затенения места установки, что вынуждает поднимать коллектор вверх, выполняя проход труб через кровлю с применением специальных герметизирующих вводов. Внешняя часть трубопроводов должна облачаться в теплоизоляционную скорлупу из вспененного полиизоцианурата или каучука, способных выдерживать температуру свыше 150 °С. Теплоизоляция должна иметь наружную защитную оболочку, устойчивую к ультрафиолету. Внутренние части магистрали также обязательно должны иметь теплоизоляцию.

Сборка коллектора и подвод коммуникаций.

Для монтажа солнечного коллектора понадобятся следующие инструменты:

• Рожковые ключи.
• Торцевые ключи.
• Разводные и трубные ключи.
• Дрель или перфоратор.
• Паяльник для полипропиленовых труб.
• Отвертки.

Работы по монтажу солнечного коллектора удобней выполнять бригадой не менее двух человек. Весь процесс сборки можно разбить на несколько отдельных этапов.

Этапы монтажа солнечного коллектора:

1. Сборка рамы.
2. Закрепление рамы на крыше.
3. Подъем бака на крышу и его монтаж.
4. Установка вспомогательных узлов.
5. Подвод водопровода.
6. Заполнение бака водой.
7. Монтаж нагревательных элементов.
8. Подвод электричества к коллектору.
9. Подключение ТЭНа, датчика температуры.
10. Установка котроллера в доме.
11. Запуск системы.
12. Рассмотрим каждый этап в отдельности.

Сборка рамы

Удобнее всего собирать раму непосредственно на месте, где вы планируете установить систему. Если это будет крыша, то гораздо проще передать по отдельности все детали наверх, чем тянуть туда габаритную конструкцию в сборе. Последовательность сборки рамы указывается в инструкции к изделию.

Все болтовые соединения должны быть крепко зажаты, во избежание раскручивания в процессе работы.

Совет: лучше смазать болты и гайки солидолом, для предотвращения коррозии.

Закрепление рамы на крыше

Солнечный коллектор должен быть надежно закреплен на крыше, поскольку он обладает большой парусностью. Если установка производится на бетонной крыше — можно для закрепления использовать анкера. Если поверхность крыши выполнена из шифера, черепицы и т. д. — закрепление рамы необходимо производить в брус обрешетки мощными шурупами.

Рама коллектора рассчитана на установку на ровной поверхности либо с незначительным уклоном. Для монтажа на наклонной крыше необходимо предусмотреть дополнительные опоры для рамы, которые позволят компенсировать уклон. Места закрепления рамы на кровле необходимо герметизировать для предотвращения протекания.

Подъем бака на крышу и его монтаж

Наиболее сложной задачей на этапе сборки солнечного водонагревателя является подъем накопительного бака на крышу, в виду его большого объема и веса. В бытовых условиях удобнее всего поднимать бак на тросе, обвязав его плотным материалом, для предотвращения механических повреждений. После подъема на крышу, бак закрепляется к раме гайками.

Установка вспомогательных узлов.

Перед подводом воды к коллектору необходимо смонтировать вспомогательные узлы. К ним относятся:

• датчик температуры;
• ТЭН;
• автоматический воздухоотводчик.

Данные детали монтируются на прокладки, идущие в комплекте с водонагревателем. Для монтажа датчика температуры потребуется торцевой ключ.

Подвод водопровода

Для подвода воды к водонагревателю можно пользоваться любыми трубами, главное, чтобы они были рассчитаны на температуру не менее 95 °С. Оптимальными по цене и качеству являются армированные полипропиленовые трубы. Важной характеристикой таких труб является их морозоустойчивость.

Случаются ситуации, когда минусовые температуры приходят внезапно, и владелец не успевает вовремя слить воду из водонагревателя. Бак замерзает не сразу и может поддерживаться электрическим ТЭНом, а вот трубы при отсутствии разбора воды прихватывает довольно быстро. В такой ситуации металлопласт рвет, в то время как полипропилен после оттаивания сохраняет свои свойства.

Немаловажен подбор диаметра труб. Если вы планируете пользоваться горячей водой в домашних условиях, достаточно будет подобрать диаметр труб, соответствующий диаметру вводного водопровода. Оптимальным вариантом будет 20-я или 25-я полипропиленовая труба. Трубы большего диаметра стоит выбирать, если предусматривается разбор воды из водонагревателя одновременно несколькими потребителями (например, в гостинице).

Также необходимо учитывать, что длина коммуникаций к коллектору довольно большая по сравнению с нагревательными приборами, установленными в доме. И чем дальше коллектор будет находиться от точки разбора воды, тем больше ее придется сливать перед тем, как из крана пойдет горячая вода (в 1 пог. м армированной полипропиленовой трубы Ø 20 содержится ~ 0,13 литров воды, а в 1 пог. м трубы Ø 25 ~ 0,27 литров). Поэтому необходимо устанавливать коллектор максимально близко к точкам потребления с минимальной длиной коммуникаций.

Для уменьшения теплопотерь трубы обязательно необходимо изолировать. Стоит также учесть, что многие виды изоляции необходимо защищать от воздействия солнечного излучения. Для этой цели отлично подойдет алюминиевый скотч.

Солнечный коллектор в общую систему необходимо подключать параллельно с дополнительными отопительными приборами, если водонагреватель не предусматривается как единственный источник горячей воды. Также необходимо установить клапан со сбросом избыточного давления, который поставляется в комплекте с водонагревателем.

Заполнение бака водой

После подключения водопровода к солнечному водонагревателю необходимо произвести заполнение накопительного бака водой и проверить его герметичность, а также просмотреть все соединения трубопроводов на предмет утечки воды. Для этого необходимо на несколько часов оставить бак под давлением. После этого производится внимательный осмотр и, при необходимости, устранение неисправностей.

Монтаж нагревательных элементов

Убедившись в герметичности соединений накопительного бака, можно приступать к монтажу нагревательных элементов. Для этого на медную тепловую трубку надевается алюминиевый теплопроводный лист и силиконовая заглушка. Трубка с листом помещается внутрь стеклянной вакуумной трубки, на нижнюю часть которой надевается фиксирующая чашка. Также на вакуумную трубку надевается резиновый пыльник. Медный наконечник тепловой трубки погружается внутрь латунной гильзы (конденсатора) до упора.

Трубки обработаны термоконтактной смазкой, которую нельзя удалять.

Далее производится защелкивание фиксирующей чашки на кронштейне рамы.

Последовательно производится закрепление всех вакуумных трубок на кронштейне. После проводится подтяжка кронштейна и его окончательная фиксация на раме.

После фиксации надевается пыльник, который необходим для защиты трубок от загрязнения и для дополнительной теплоизоляции.

После подключения вакуумных трубок вы уже можете использовать коллектор для нагрева воды, однако еще не сможете контролировать температуру и управлять нагревом бака.

Подвод электричества к коллектору

К солнечному водонагревателю также желательно подключить электропитание. Это даст возможность в полном объеме использовать возможности коллектора. Для этого на раме устройства монтируется монтажный блок, в который необходимо подвести питание 220 вольт и к которому подключается датчик температуры, ТЭН и контроллер. Монтажный блок выполнен влагозащищенным, однако не лишним будет предусмотреть для него козырек или иную защиту от осадков.

Для питания водонагревателя желательно установить отдельный автомат. Поскольку основная нагрузка приходится на электрический ТЭН, мощность которого не более 2,0 кВт, для подвода питания к коллектору необходим кабель сечением 1,5 мм2 и автомат на 10 А. Также водонагреватель необходимо заземлить.

Подключение ТЭНа, датчика температуры

После установки монтажного блока необходимо подключить электрический ТЭН и датчик температуры по схеме, указанной в инструкции изделия. ТЭН подключается через защитный капиллярный термостат по перегреву воды свыше 95°С.

Провода, термостат и крепежи поставляются в комплекте с водонагревателем. Подключение ТЭНа в коллекторе аналогично подключению ТЭНа в обычном бойлере.

Установка контроллера в доме

Также в монтажный блок подключается контроллер, который дает возможность управлять электрическим нагревом бака, отображает температуру и может также взаимодействовать с дополнительными устройствами, к примеру, электромагнитным клапаном. Контроллер желательно разместить в удобном месте, чтобы иметь возможность отслеживать температуру воды.

Запуск системы

После подключения водопровода и электричества остается запрограммировать контроллер, установив график догрева воды, температуру, которая должна поддерживаться в накопительном баке, и прочие полезные параметры. На этом работа завершена, и коллектор готов обеспечивать вас бесплатной горячей водой. Не стоит, однако, забывать о своевременном обслуживании установки, которое позволит продлить срок службы и эффективность работы солнечного водонагревателя.

Способы подключения к системе отопления

Поскольку устройства на солнечной энергии не могут обеспечить стабильное и круглосуточное снабжение энергией, необходима система устойчивая к этим недостаткам.

Для средней полосы России солнечные устройства не могут гарантировать стабильный приток энергии, поэтому используются как дополнительная система. Интегрирование в существующую систему отопления и горячего водоснабжения отличается для солнечного коллектора и солнечной батареи.

Схема с водяным коллектором

В зависимости от целей использования теплового коллектора применяются разные системы подключения. Вариантов может быть несколько:

1. Летний вариант для горячего водоснабжения
2. Зимний вариант для отопления и горячего водоснабжения

Летний вариант наиболее простой и может обходится даже без циркуляционного насоса, используя естественную циркуляцию воды.

Вода нагревается в солнечном коллекторе и за счет теплового расширения поступает в бак-аккумулятор или бойлер. При этом происходит естественная циркуляция: на место горячей воды из бака засасывается холодная.

Зимой при отрицательных температурах прямой нагрев воды не возможен. По закрытому контуру циркулирует специальный антифриз, обеспечивая перенос тепла от коллектора к теплообменнику в баке

Как любая система основанная на естественной циркуляции работает не очень эффективно, требуя соблюдения необходимых уклонов. Кроме того, аккумулирующий бак должен быть выше чем солнечный коллектор. Чтобы вода оставалась как можно дольше горячей бак необходимо тщательно утеплить.

Если Вы хотите действительно добиться максимально эффективной работы солнечного коллектора, схема подключения усложниться.

Чтобы ночью коллектор не превратился в радиатор охлаждения необходимо прекращать циркуляцию воды принудительно

По системе солнечного коллектора циркулирует незамерзающий теплоноситель. Принудительную циркуляцию обеспечивает насос под управлением контроллера.

Контроллер управляет работой циркуляционного насоса основываясь на показаниях как минимум двух температурных датчиков. Первый датчик измеряет температуру в накопительном баке, второй – на трубе подачи горячего теплоносителя солнечного коллектора.

Как только температура в баке превысит температуру теплоносителя, в коллекторе контроллер отключает циркуляционный насос, прекращая циркуляцию теплоносителя по системе. В свою очередь при понижении температуры в накопительном баке ниже заданной включается отопительный котел.

Новым словом и эффективной альтернативой солнечным коллекторам с теплоносителем стали системы с вакуумными трубками, с принципом действия и устройства которых мы предлагаем ознакомиться.

Схема с солнечной батареей

Было бы заманчиво применить схожую схему подключения солнечной батареи к электросети, как это реализовано в случае солнечного коллектора, накапливая поступившую за день энергию. К сожалению для системы электроснабжения частного дома создать блок аккумуляторов достаточной емкости очень дорого. Поэтому схема подключения выглядит следующим образом.

При снижении мощности электрического тока от солнечной батареи блок АВР (автоматическое включение резерва) обеспечивает подключение потребителей к общей элетросети

С солнечных панелей заряд поступает на контроллер заряда, который выполняет несколько функций: обеспечивает постоянную подзарядку аккумуляторов и стабилизирует напряжение. Далее электрический ток поступает на инвертор, где происходит преобразование постоянного тока 12В или 24В в переменный однофазный ток 220В.

Увы, наши электросети не приспособлены для получения энергии, могут работать только в одном направлении от источника к потребителю. По этой причине вы не сможете продавать добытую электроэнергию или хотя бы заставить счетчик крутиться в обратную сторону.

Использование солнечных батарей выгодно тем, что они предоставляют более универсальный вид энергии, но при этом не могут сравнится по эффективности с солнечными коллекторами. Однако последние не обладают возможностью накапливать энергию в отличие от солнечных фотоэлектрических батарей.

Галерея изображенийФото из Рабочая часть солнечных батарей представляет собой набор последовательно соединенных кремниевых пластинХотя внешне солнечные батареи могут и напоминать закрытые плоские коллекторы, но принцип работы приборов этого вида существенно отличаетсяБатареи с фотоэлектрическими элементами вырабатывают электроэнергию, которую можно использовать для нагрева теплоносителя или для питания электрических обогревателейДля сооружения солнечной панели недостаточно подручных средств. Потребуются кремниевые пластины, которые придется покупатьСолнечные электростанции в отоплении домаПроцесс установки солнечных панелей на кровлюСамостоятельный монтаж прибора на крышу гаражаСамодельный электроприбор для солнечного отопления

Все о вариантах организации отопления частного дома на солнечных батареях вы найдете в этой статье.

• https://sovet-ingenera.com/eco-energy/eko-dom/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma.html
• https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/764-solnechnye-kollektory-dlya-nagreva-vody.html
• https://techforhome.ru/ustanovka-solnechnyh-kollektorov
• https://DimDom.ru/solnechnyy-kollektor-svoimi-rukami.html
• https://postroy-sam.com/montazh-solnechnyx-kollektorov.html
• https://www.rmnt.ru/story/water/vakuumnyy-solnechnyy-kollektor-montazh-podkljuchenie-ekspluatatsija.1561636/
• https://andi-grupp.su/articles/11545-montazh-vakuumnogo-solnechnogo-kollektora-s-nakopitelnym-bakom/