Робимо самі 8 варіантів сонячного опалення приватного будинку
Це у 19-му столітті будинки опалювали дров'яними печами, а у 20-му – газовими котлами. Нині вже 21 століття: це століття інформаційних технологій, високих цін на енергоносії та боротьби з «парниковим ефектом». Вже зараз сонячні батареї продають дешевше 1$ за Вт потужності, хоча ще 1977 року 1 Вт продавався в середньому за 77$ (легко запам'ятати: «чотири сімки»). І всякі сонячні колектори (наприклад, вакуумні трубки) теж помітно дешевшають.
1) «Мінімальний» варіант:
Багато хто думає, що можна купити невелику кількість сонячних колекторів (максимум 10-20 кв. м), і вони вирішать усі їхні проблеми з опаленням будинку. І ще всі ці колектори можна буде розташувати на даху, тобто. має вийти щось подібне до наступного фото:
Економічний сенс використання варіанта № 1 є тоді, якщо вартість сонячних колекторів виявиться меншою за 50 EUR за кв. м. У цьому випадку можна вкластися в 300-1000 EUR за всю систему (10-20 кв. м колекторів, тепловий акумулятор 500-1000 л, насоси, труби, теплообмінники, автоматика), а дасть це таке:
Очевидно, для варіанта №1 дуже дорогими виявляються вакуумні трубки та плоскі колектори, які продаються магазинами за 150-300 EUR за кв. м. Таким чином, потрібно все-таки самому робити плоскі колектори, і в Internet можна знайти (але з великими труднощами) конструкції плоских колекторів з 30-50 EUR/кв. м витрат на комплектуючі. Але не всякий саморобний колектор зможе ефективно працювати взимку. Тому тут не можна приймати серйозного рішення без експериментів чи поради знаючої людини.
Про розташування колекторів на даху краще не думати: їхнє кріплення там автоматично збільшує їхню вартість на 10-30 EUR/ кв. м порівняно з розташуванням землі. І обслуговувати їх там буде дуже складно, особливо якщо буде обрано ненадійну конструкцію колектора.
Той тепловий акумулятор (на 500-1000 літр води) теж краще виготовити самостійно, оскільки покупка такого в магазині коштуватиме приблизно 1000 EUR. І взагалі все краще робити самому, оскільки оплата найманців не дозволить вкластися в ціль «300-1000 EUR за всю систему».
Але буде краще, якщо використовувати дуже дешеві сонячні колектори із цінового рівня «10-20 EUR/кв. м». Приклад такого колектора:
У такому разі господареві приватного будинку буде важко зробити наступний вибір. З одного боку, він може інвестувати 300-700 EUR у сонячну станцію з 10-20 кв. м колекторів. Але з іншого боку, утеплення стін будинку (пінополістиролом) або заміна його вікон вимагатиме ті ж 300-700 EUR. А ефект цих інвестицій виявляється приблизно однаковий всім цих варіантів (зниження споживання газу на 10-15 %). У такому разі доведеться робити вибір на підставі таких особливостей:
- Утеплення будинку – це «зробив і забув», тоді як сонячна станція вимагатиме нагляду та обслуговування.
- Сонячна станція вимагатиме землю для свого розташування: 15 кв. м колекторів вимагатимуть ділянку 2 м х 10 м, вільну від тіней.
- Сонячна станція дасть ще багато безкоштовного літнього тепла. Його можна використовувати для гарячого водопостачання будинку, виробництва електрики та інших цілей, описаних у варіанті №2.
А якщо будинок вже має теплі стіни та нові вікна, то вибору вже не буде: треба будувати сонячну станцію.
Варіант №1 є єдиним, який не потребує багато землі для сонячної станції. Крім того, він є початковим етапом для переходу доіншим варіантам (Якщо ми хочемо збудувати велику сонячну станцію, то починати потрібно все-таки з невеликої станції).
2) Варіант сонячної станції із зайвим зимовим теплом:
Цей варіант підійде не кожному приватному будинку.
Басейн може бути у господаря сусідньої ділянки. В цьому випадку можна продавати йому літнє тепло (по теплотрасі з теплообмінником і тепловим лічильником), і оплата цього тепла окупить сонячну станцію за кілька років (а як додатковий бонус – безкоштовне зимове тепло для опалення свого будинку).
Варіант № 2 також підійде, якщо поряд (не далі 50-100 м) перебуватиме інший великий споживач літнього тепла: база відпочинку, готель, завод тощо.
Можна продавати гарячу воду (за водолічильником), влаштувавши край своєї ділянки душову для заводу чи аграрного підприємства. Або поза своєї ділянки організувати місце миття контейнерів, тварин тощо.
Можна висушувати тверде паливо для свого будинку. Наприклад, щоб висушити 10 тонн мокрої тирси (до 5 тонн сухої, щоб потім зробити з неї пелети), потрібно витратити близько 3,5 кВт-год тепла за сезон (від приблизно 20 кв. м колекторів).
Якщо така сонячна станція має 30-100 кв. м колекторів, будинок отримає від неї тепло, яке покриє 20-50% його опалювальної потреби.
3) Варіант «на 2 кв. м будинку використовується приблизно 1 кв. м сонячного колектора:
Таким чином, варіант № 3 передбачає сонячну станцію, що складається з 1-3 рядів типу, показаного на наступному фото:
Вартість матеріалів для кожного такого ряду (він має 29 кв. м. дзеркал) – від 250 до 300 EUR. Вартість решти елементів сонячної станції описана у ролику:
Очевидно, що чим ближче станція до будинку, тим вона дешевша будекоштувати. Взагалі витрати на сонячну станцію містяться в 400-1200 EUR (за умови її самостійного виготовлення), а дає вона наступне (на прикладі станції з 60 кв. м дзеркал):
– Також буде еквівалент 100-200 куб. м газу для холодних ночей перед опалювальним сезоном і після нього: не треба буде мерзнути, заощаджуючи газ
– Також буде 100-200 куб. м газу теплових витоків із теплового акумулятора, які можна використовувати для опалення. Але якщо акумулятор стоятиме на вулиці, це тепло загубиться (хоча можна подумати, щоб оточити його теплицею або оранжереєю)
4) Сонячна станція для електрики та тепла:
П'ять способів виробництва електрики сонячними колекторами описані в моєму 2-хвилинному ролику:
Це такі способи: "парова турбіна", "фокусування світла на сонячних батареях", "елементи Пельтьє", "цикл Ренкіна", "ORC". На високе ККД не варто розраховувати: для виробництва 1 кВт-год електрики потрібно буде витрачати 10-30 кВт-год тепла. Якщо має на меті зробити 1000 кВт-год електрики на рік, буде потрібна сонячна станція зі 100 кв. м дзеркал. Можна підрахувати, що вартість такої станції (1000-1500 EUR) виявляється дешевшою, ніж сонячні батареї для вироблення такої ж кількості електроенергії (для цього потрібно близько 10 кв. м сонячних батарей, а також їх кріплення, інвертори та інше обладнання). Але при цьому:
- Є додатковий бонус: 100 кв. м дзеркал безкоштовно дадуть близько 1000 куб. м газу для опалення будинку та його гарячого водопостачання (тобто на виробництво електрики прямуватиме лише те тепло, яке виявиться непотрібним для опалення або гарячого водопостачання)
- Способи "елементи Пельтьє", "цикл Ренкіна" та "ORC" виробляють електрику не тільки під час сонця, а такожвночі, у сонячні дні тощо, оскільки вони працюють на теплі з теплового акумулятора
- Практична реалізація будь-якого з тих п'яти способів може стати основою хорошого бізнесу з великими перспективами
Але реалізувати це все може тільки людина, яка добре знається на фізиці. Якщо такої людини у колі знайомих немає, краще забути про варіант №4.
5) Варіант із «сезонним тепловим акумулятором» для 100% сонячного опалення будинку:
Багатьом подобається краса наступної ідеї: літнє тепло сонячних колекторів накопичуватиме у величезному тепловому акумуляторі, а потім використовувати це тепло для опалення будинку взимку. Ця ідея називається "Сезонний тепловий акумулятор". Можна набрати ці слова в Google і побачити багато різноманітних технічних рішень. Але, на жаль, усі вони дуже далекі від фінансових можливостей пересічного українця. Наприклад, дуже часто там пропонується використовувати як акумулятор земляний масив під будинком, але забувають повідомити, як це зробити дешево і як загальмувати витік тепла, яке туди прямує від колекторів. А також не кажуть, як це все можна реалізувати у разі вже збудованого будинку, причому саме звичайного будинку середньостатистичного українця: із звичайними батареями опалення (а не «теплими підлогами»), із поганою теплоізоляцією та без потрібних особливостей структури землі.
Проте, варіант №5 технічно реальний вже зараз. Але його економічний сенс буде дуже сумнівним: або акумулятор буде дорогим, або теплові витоки з нього будуть такі великі, що доведеться ставити багато сонячних колекторів. Коштуватиме все це приблизно стільки ж, як повна вартість установки теплового насоса (десятки тисяч EUR), але при цьому ще буде реальна економія енергоресурсів, оскількитепловий насос споживає величезну кількість електроенергії. Але «сезонний тепловий акумулятор» поки що не «розкручена» технологія, і тому українці вважають за краще витрачати гроші саме на теплові насоси.
Економічно цікавим варіант №5 стане лише, якщо хтось колись запропонує ідею щодо зменшення вартості теплових акумуляторів до 3-5 EUR/куб. м. Тоді їх буде вигідно використовувати разом із сонячними колекторами не дорожче за 30-50 EUR.
(4) 6) Варіант «на 1 кв. м будинку використовується приблизно 2 кв. м сонячного колектора»:
Це вже велика станція навіть за європейськими мірками: 120–300 кв. м сонячних колекторів. І тепловий акумулятор потрібен вже великий – близько 10-30 тонн води (80-100 літрів води на 1 кв. м колектора); таку грандіозну споруду можна розташувати лише на вулиці.
Тим не менш, деякі господарі можуть спробувати комфортно жити і в таких умовах, беручи приклад з деяких наших сільських жителів або з власників аристократичних особняків у Європі: у холодні періоди вони обмежують свій життєвий простір кількома кімнатами (звісно, не допускаючи надмірного переохолодження інших приміщень) . Якщо так робити, то можна повністю відмовитися від традиційних котлів, що дає відразу кілька переваг:
- Будинок стає дуже безпечним, оскільки традиційні котли часто влаштовують пожежі чи витікання газу, цькують людей чадним газом, вибухають (що люблять робити твердопаливні котли), а також є постійним джерелом дров'яного сміття та інших неприємностей
- Вартість будинку зменшується на кілька тисяч EUR: ціна котла та його підключення, кілька кв. м котельного приміщення, димар
- Не потрібно витрачати гроші на підключення будинку до газової магістралі (кухонна плитаможе бути електричною)
Щоб витрати на таку велику сонячну станцію вклалися в 2-3 тисячі EUR, сонячні колектори повинні виявитися дешевшими 10 EUR/кв. м, а теплові акумулятори – дешевше за 20-30 EUR за тонну води. Цікаво, що такі витрати виявляться помітно меншими, ніж економія, яка виходить від описаного вище ефекту відмови від традиційного котла.
Землі для такої станції потрібно багато: 5-10 соток. Тому для приблизно половини українських будинків варіант №6 буде недоступний. Добре бути сільським мешканцем: там великі городи. Крім того, у нових передмістях зазвичай багато порожніх ділянок, де можна розташувати таку сонячну станцію. Ідеальний випадок для варіанта № 6: віддалені будинки та селища: до газової магістралі підключитися дуже дорого, а порожньої землі навколо дуже багато.
Є така хибна думка, що якщо кількість колекторів збільшити в N разів, то економія газу збільшується в N разів теж. Але це правило працює лише за невеликої кількості колекторів (у рамках варіанта № 1). Наступна таблиця показує, що відбувається під час переходу від варіанта № 3 (це передостанній стовпець таблиці) до варіанта № 6 (останній стовпець) на прикладі будинку в центральних областях України:
Опалювальна потреба звичайного будинку
Виробництво тепла 50 кв. м колекторів
Виробництво тепла 200 кв. м колекторів