Прежде чем читать, возьмите калькулятор. Здесь не общие слова о светлом будущем солнечной энергетики в Украине. Здесь много цифр, чтобы можно было принять решение, стоит ли уже сейчас переводить отопление своего дома на солнечную энергию, или имеет смысл еще несколько лет подождать и подумать

1) «Показушный» вариант:

Такое отопление часто можно увидеть в Европе:

Если солнечное отопление дома не предполагается, ставится только 4-10 кв. м коллекторов: для горячего водоснабжения типичной семьи этого вполне достаточно, по крайней мере, летом. Но для отопления нужно намного больше, поскольку 1 кв. м солнечных коллекторов дает в зимний полдень 0,3-0,6 кВт мощности нагрева, чего достаточно для горячих батарей в 5-10 кв. м помещения. Можно подсчитать, что украинскому дому понадобится 10-20 кв. м коллекторов, чтобы в солнечные часы выключить газовый котел, и отапливать дом только солнцем, показывая это знакомым и соседям

Если не верите, что солнечные коллекторы могут работать зимой: на Youtube есть много роликов, как они кипятят воду в лютые морозы, например:

А для отопления не нужно 100 градусов нагрева (достаточно 40-70)

Продавцы будут убеждать установить дорогой тепловой аккумулятор для использования солнечного тепла ночью. Но он не нужен, поскольку мощности такого количества коллекторов хватит для обеспечения горячих батарей только в солнечные часы. Включения газового котла в это время желательно избегать: были случаи, когда дым из трубы в солнечный день безнадежно портил репутацию коллекторов в глазах соседей.

На инвестиции в установку «теплых полов» в доме не соглашайтесь: это действительно увеличит мощность коллекторов, но дешевле просто их немного докупить. И не стоит восхищаться тем, что вакуумные трубки могут греть воду и в пасмурные дни. Это является правдой, но температура нагрева невысокая, а мощность такая, что тепла не хватит даже для одной батареи.

В какие деньги обойдется такое солнечное отопление? За 10-20 кв. м солнечных коллекторов нужно будет заплатить 50-100 тысяч грн.; но еще дороже обойдется остальное оборудование и услуги профессионального установщика (самому устанавливать традиционные коллекторы не рекомендуется: там много всяких нюансов, а цена ошибки - очень короткий срок службы). Конечно, это дорого. Но хозяин получит за это немало: родственники и знакомые будут им гордиться, соседи - тихо завидовать, о нем будет говорить весь город, а может и телевизор когда-то покажет. Многие за такое платят намного больше, например, покупая дорогую машину

Сколько такие солнечные коллекторы сэкономят газа? Очень мало. Можно подсчитать, что батареи отопления будут греться солнцем только около 5 % времени отопительного сезона. Но коллекторы могут покрыть все потребности дома в горячей воде на протяжении 6 месяцев (за пределами отопительного сезона). А если есть бассейн, коллекторы могут греть его воду с мая до сентября. Итого, вся годовая экономия составит 300-1000 куб. м газа (2-6 тысяч грн.)

Срок окупаемости лучше не считать: за все время службы коллекторов не удастся вернуть и 50 % вложенных денег. Но грамотные инвестиции обычно не являются основной целью такого солнечного отопления

2) Вариант с грамотными инвестициями в солнечное отопление:

Если мы хотим, чтобы солнце заменило больше 5 % газа для отопления, без теплового аккумулятора не обойтись. Это большой бак с водой, окруженный толстой тепловой изоляцией (10-30 см и больше). Солнечные коллекторы греют его воду (до 70-100 градусов), а эти запасы тепла идут в дом, когда нужно: вечером, ночью, в несолнечные дни. Аккумулятор должен быть очень большой: несколько тонн воды (при его разрядке 1 т воды дает до 5-7 куб. м газа). О его покупке в магазинах забудьте: там их продают примерно по 1000 EUR / тонна. Аккумулятор легко изготовить самому с затратами 20-200 EUR / тонна.

Нужно понять основную проблему солнечного отопления: на протяжении отопительного сезона на 1 кв. м поверхности падает только 350-400 кВт-час солнечного излучения. И солнечный коллектор может не все это излучение усвоить, поскольку его КПД далек от 100 %. Если продавец коллекторов будет утверждать, что 1 кв. м его товара даст больше 150-200 кВт-час тепла (20-30 куб. м газа) за отопительный сезон, гоните его подальше, как продавца «вечного двигателя»

Но реально от 1 кв. м коллекторов до батарей отопления будет доходить только порядка 100 кВт-час (12-15 куб. м газа) за сезон; остальное будет теряться из-за тепловых утечек и других причин. Поэтому для заметного участия солнца в отоплении дома нужно порядка 50-80 кв. м коллекторов, а цена на них не должна превышать 15-25 EUR / кв. м, чтобы уместить свои расходы в приемлемые 1-1,5 тысяч EUR. Скажем сразу, в магазинах таких дешевых коллекторов не продают, и продавать еще долго не будут (поймите их психологию: дешевые коллекторы не начнут производить до тех пор, пока есть «лохи», покупающие их за 150-300 EUR / кв. м). Так что нужно готовиться изготовлять солнечные коллекторы самому

Можно заметить, что такая большая солнечная станция на крыше дома не поместится: нужно ее ставить на земле, и для этого потребуется до 2-3 соток, желательно свободных от длинных зимних теней деревьев. Лучше если это будет огород, примыкающий к южной стороне дома; при желании урожайность на земле под станцией не пострадает (например, коллекторы можно убирать после окончания отопительного сезона). Если нет своей земли, можно договориться с соседним участком, пообещав расплачиваться с его хозяином излишками солнечного тепла в мае-сентябре

Итак, солнечная станция (вместе с тепловым аккумулятором, трубами, теплообменником, насосом и автоматикой) обойдется в 30-50 тысяч грн., а ежегодно давать она будет следующее:

- Эквивалент 600-1000 куб. м газа для отопления дома: это (для центральных областей) полное отопление солнцем в октябре и апреле, 50-80 % отопительной потребности марта, а также отопление в солнечные периоды ноября-февраля. Недостающее тепло должно быть дано старым котлом. Причем, станция хорошо взаимодействует с автоматикой газового котла, которая начинает включать его, когда солнечного тепла не хватает

- Эквивалент 100-200 куб. м газа для подтапливания дома в конце сентября, начале октября, конце апреля, начале мая: не нужно будет ходить дома в свитере и мерзнуть по ночам в это время, экономя газ

- Есть также утечки тепла через теплоизоляцию аккумулятора (эквивалент 100-200 куб. м газа на протяжении отопительного сезона). Если аккумулятор будет стоять в подвале, эти утечки будут участвовать в отоплении дома. Если его местом будет хозяйственная постройка, аккумулятор окажется «батареей отопления», которая будет ее отапливать этими утечками. Конечно, если его придется ставить его на улице, тепло этих утечек будет потеряно, но можно подумать, чтобы окружить его теплицей или оранжереей

- Конечно, можно использовать солнечное тепло для горячего водоснабжения дома, а это дополнительная экономия 500-1000 кВт-час электричества (или 100-150 куб. м газа) в мае-сентябре. Причем, можно подключить станцию так, чтобы традиционный источник горячей воды (электробойлер или газовая колонка) был дому уже не нужен

Можно подсчитать, что такая солнечная станция будет ежегодно экономить 6-7 тысяч грн, т.е. вложенные в нее деньги окупятся за 5-8 лет

Вам кажется, что 5-8 лет окупаемости - это многовато, что хотелось бы 3-4 года? А посчитайте срок окупаемости твердотопливного котла с учетом не только его стоимости, но и его подключения, обустройства котельной, перестройки дымохода. А в стоимость дров включите также упущенные заработки из-за необходимости тратить время на рубку дров и их сушку. А замена старого газового котла на новый обычно вообще нонсенс: та мизерная экономия газа никогда не окупит стоимость такой замены. О тепловых насосах лучше и не вспоминать

А если хотите окупить свою солнечную станцию за 3-4 года, то существует два выхода. Во-первых, это еще более дешевые солнечные коллекторы (200-300 грн. за кв. м). Во-вторых, ищите, куда продавать лишнее солнечное тепло в мае-сентябре (его будет много: эквивалент 1-2 тыс. куб. м газа): может быть соседу для отопления его бассейна, или может быть рядом есть завод, столовая, офисное здание и т.п. Можете убедить какого-то предпринимателя установить на участке сушилку (пиломатериалы, сухофрукты, зерну) или на краю участка душевую для своих рабочих. Возможностей много, но их нужно искать

3) Вариант для серьезных людей:

Можно подумать, что если 50 кв. м коллекторов дадут дому 25 % его отопительной потребности, то для 100 % его отопления солнечной энергией нужно просто увеличить их количество до 200 кв. м. Но следующая таблица показывает ошибочность такого хода рассуждений (на примере дома в центральных областях):

Можно заметить, что даже если мы поставим 200 кв. м коллекторов, то нам все равно тепла не хватит: в ноябре и феврале есть небольшой недостаток солнечного тепла (сравните 2-й и 4-й столбцы таблицы), а в декабре-январе солнце даст дому только 30-40 % его потребности. Тем не менее, вариант с 200 кв. м покрывает уже 60-70 % отопительной потребности дома, что позволяет назвать солнечную энергию «основным источником отопления», а старый газовый котел оказывается уже «резервным источником» (вместе с каминами и китайскими электрическими обогревателями). Такое снижение роли традиционных котлов делает дом более безопасным, поскольку они являются потенциальным источником пожара, утечки газа, источником угарного газа, взрыва (что любят делать твердотопливные котлы), дровяного мусора и других неприятностей 

Но земли для такой солнечной станции нужно уже много – порядка 5-10 соток. Столько имеют только примерно половина частных украинских домов. Это почти все дома в сельской местности, многие дома в новых пригородах (где пока еще есть незастроенные участки, с владельцами которых можно договориться), а также некоторые дома в старых пригородах

И тепловой аккумулятор этой станции нужен уже большой - порядка 10-30 тонн воды; такой можно расположить только на улице. Запаса его тепла должно хватать для полноценного отопления дома на протяжении 3-10 несолнечных дней. Стоимость аккумулятора должна быть ограничена 20-50 EUR за тонну (более дорогой добавляет сомнения в экономическом смысле такой станции)
Интересно заметить, что рядом с таким домом можно построить теплицу и отапливать ее лишним теплом с конца февраля, а также продлить ее осенний сезон до 1-15 ноября. Имеет смысл также подумать, чтобы продавать тепло соседям до начала ноября и после февраля

Вложенные в такую большую станцию деньги могут окупиться за 5-8 лет только при условии очень дешевых солнечных коллекторов (10-15 EUR / кв. м и меньше)

4) Вариант для максималистов-идеалистов:

Многим уже пришла в голову следующая идея: а что, если летнее тепло коллекторов накапливать в большом тепловом аккумуляторе, и хранить его несколько месяцев, а потом использовать его зимой для отопления дома. Называется эта идея «Сезонный тепловой аккумулятор». Наберите эти слова в поисковой строке Google, и увидите множество статей и форумов, изучение которых приведет к не очень хорошему выводу: много интереса, много восхищений красотой идеи, много теоретических рассуждений далеких от физики или экономики людей, но мало практически реализованных устройств и полное отсутствие приемлемых для среднестатистического украинца решений

Если планируется дать дому 100 % солнечного отопления (полностью отказаться от газового котла), и за 5-8 лет окупить расходы, потребуются:

1) 50-100 кв. солнечных коллекторов, которые имеют стоимость 20-50 EUR / кв. м

2) 300-1000 куб. м тепловых аккумуляторов с максимальной стоимостью 3-5 EUR / куб. м и с очень толстой теплоизоляцией (чтобы до зимы осталась хотя бы половина тепла, запасенная летом). Можно заметить, что нам подойдет только два типа наполнителей аккумулятора: или земля, или вода. Остальные наполнители (щебень, бетон, масло, ...) оказываются дороже 3-5 EUR / куб. м, а ведь нужно еще ставить теплоизоляцию, трубы зарядки-разрядки и платить разнообразным рабочим

Первый пункт является решаемой проблемой, например, есть хороший самодельный концентратор-коллектор канадца George Plhak, разные видео которого можно посмотреть на https://www.youtube.com/user/georgeplhak/videos Рекомендуем не покупать его «руководство по изготовлению», поскольку для украинца 30 USD - это очень большие деньги, да и читать по-английски у нас массово будут еще не скоро. Лучше позовите друга-инженера и сделайте все сами, и сделайте все лучше и дешевле. К достоинствам канадского концентратора можно отнести возможность хорошо работать выше 100-200 градусов, что пригодилось бы в случае дешевых земляных аккумуляторов. Кроме того, его 1 кв. м даст примерно в 1,5 раз больше тепла (чем 1 кв. м обычного солнечного коллектора), благодаря чему можно подумать, чтобы расположить всю солнечную станцию на крыше дома

Но с необходимым нам тепловым аккумулятором все выглядит не очень радостно: придется его придумывать самому, поскольку разнообразные предложения из Internet во много раз дороже того, что нам нужно. Тем не менее, уже сейчас можно полностью перевести дом на солнечное отопление, но с плохим сроком окупаемости; хорошей рентабельности не получится из-за дорогого аккумулятора или из-за таких больших тепловых утечек из него, что придется ставить много солнечных коллекторов. Получится примерно так, что вложить нужно будет 10-20 тысяч EUR, а ежегодная экономия будет около 500 EUR. Такое желание покупателя не будет выглядеть необычным, ведь сейчас многие украинцы тратят такие же деньги на установку тепловых насосов (а экономии они дают меньше, поскольку расходуют много электроэнергии)

5) Вариант для максималистов-реалистов:

Но что делать, если очень хочется полностью перевести дом на солнечное отопление (освободится от всех котлов), и при этом потратить меньше, чем 4-6 тысяч EUR? Для этого есть другая идея, которая предполагает, что дом должен иметь следующее:

1) 5-10 кв. м солнечных коллекторов, которые будут работать весь год, и которые можно было бы установить и на крышу. Эти коллекторы будут обеспечивать дом горячей водой, и давать немного тепла для его отопления. Производительности этих коллекторов будет хватать, чтобы полностью обеспечить дом солнечным теплом с мая по сентябрь, но в октябре возникнет дефицит этого тепла, который достигнет максимума в декабре-январе, хотя затем он начнет уменьшаться, и в мае возможности этих коллекторов опять превысят потребности дома

2) 200-500 кв. м коллекторов, которые временно устанавливаются, чтобы ликвидировать упомянутый дефицит тепла. Больше 50 % из них нужно ставить только на два месяца наибольшего дефицита (декабрь-январь); около 50 кв. м должны будут стоять почти весь отопительный сезон. Займет это множество солнечных коллекторов очень большую территорию (5-15 соток), но благодаря недлительной работе в зимний период можно договориться об их установке где угодно: соседний пустой участок, соседский огород, сельхоз. поле, заливной луг, любой пустырь за забором и т.п. Эти коллекторы должны быть очень дешевые (7-10 EUR / кв. м и меньше); претензии к красоте их внешнего вида - минимальные; их основной девиз - «Максимально дешево, и никакой показухи». Таким требованиям соответствует концентратор-коллектор с видео:

3) Тепловые аккумуляторы с 40-100 тонн воды. Они должны быть такие большие из-за того, что запаса их тепла должно хватить на 15-30 несолнечных дней. Их стоимость не должна превышать 15-20 EUR / тонна

Благодаря более солнечным зимам, этот вариант хорошо подходит Одесской и другим южным областям; здесь можно ожидать 3-5 тысяч EUR стоимости солнечной станции, которая ежегодно будет экономить газа примерно на 500 EUR. В центральных и западных областях зимой солнца в 1,5-2 раз меньше, и поэтому такие станции будут иметь экономический смысл только в случае очень дешевых солнечных коллекторов (меньше 5-7 EUR / кв. м)

6) Максимальный вариант для очень серьезных людей:

Это вариант для тех, кто хочет дать полное солнечное отопление своему дому и при этом грамотно вложить 10-20 тысяч EUR своих или привлеченных инвестиций. Возможно, кто-то окончил экономический вуз и имеет амбиции начать бизнес с хорошими перспективами?

Это большая станция, например 500 кв. м коллекторов (на 15 соток земли) в южных областях или 1000 кв. м (40 соток земли) в северной или западной Украине. Таким образом, получается «солнечная котельная», которая продает тепло для нескольких домов; это очень похоже на городское централизованное отопление, но в масштабах небольшого поселка. Если грамотно вести дела, продажи тепла возвратят вложенные инвестиции за 3-4 года, особенно если удастся хорошо пристроить летнее тепло. Перспективы развития увидеть несложно - бизнес-план на строительство сотен таких «солнечных котельных», и вот уже десятки венчурных фондов выстраиваются в очередь на право инвестировать

Приоритетом такой «солнечной котельной» может быть тепловая потребность только одного дома (конечно, он будет принадлежать хозяину котельной или его родственникам): в период дефицита солнца (декабрь-январь) почти все ее тепло будет расходоваться на отопление только этого дома, благодаря чему тот может полностью отказаться от газового котла. В остальные месяцы тепла от «котельной» хватает для отопления и других абонентов, которые оплачивают эту услугу по тепловому счетчику (как в европейском городе)

Несколько замечаний по всем вариантам:

Настройтесь на очень сложный поиск самодельных коллекторов, поскольку в Internet очень много «мусора» на эту тему. Нужно отсеивать те самоделки, которые не могут греть воду до 60-100 градусов во время морозов, причем нам понадобятся только такие, которые могут так работать с высоким КПД (как минимум 200-400 Вт / кв. м в зимний полдень). Возможно, понадобится помощь друга-физика для такого «просеивания мусора»

И самое главное: конечно, можно отмахнуться от возможности солнечного отопления. Но тогда у дома останется только две экономически грамотные альтернативы: газ или дрова. «Газпром» очень обрадуется такому узкому выбору. Или может быть охота жить в стране с вырубленными лесами?