Отопление частного дома солнечными батареями: схемы и устройство — Стиль жизни

Преимущества и недостатки данной технологии

У любой, реально существующей системы, имеются свои плюсы и минусы, есть они и у солнечной электростанции. К достоинствам можно отнести следующие факторы:

Автономность. Качество вашей жизни перестанет зависеть от исправности государственных электросетей. Не секрет, что периодические перебои с электроэнергией изрядно портят нервы. А если вы работаете дома, то автономное энергоснабжение вам просто необходимо, иначе отсутствие электричества может привести не только к моральным, но и к материальным издержкам.
Вариативность. Возможность поэтапного наращивания мощности. Не обязательно сразу переводить весь дом на солнечную энергию. Для начала, будет достаточно одной панели и автомобильного аккумулятора, от которых вы с легкостью сможете запитать несколько светодиодных светильников или уличных фонарей. В качестве эксперимента и для приобретения необходимого опыта, можно начать с фонтана на солнечных батареях или электрификации кухни. Постепенно увеличивая мощность системы, можно переходить к более серьезным приборам, например, подключать вентиляторы летом и небольшой обогреватель зимой. А досконально изучив тему, можно приступать к глобальным проектам, перевести отопление на энергию солнца или запитать теплицу.
Экологическая безопасность. В процессе производства электрической энергии в окружающую среду не выделяются вредные элементы, а при утилизации вышедших из строя компонентов, не образуются вредные соединения.
Законность. Для закупки и установки солнечных панелей на своей крыше или прилегающем к дому участке, вам не потребуется никаких дополнительных разрешений.
Долговечность. Если элементы в панелях качественные и подключены правильно, а сами батареи установлены по всем правилам, система прослужит вам не одно десятилетие.

Теперь о недостатках:

При нынешней ситуации с углеродными энергоносителями, переходить на альтернативные источники энергии или нет – вопрос не стоит. Тут главное, определиться, какой из возобновляемых ресурсов подойдет именно вам. Если информация из этой статьи была вам полезна, поделитесь ей с друзьями и не забудьте подписаться на наш блог, впереди еще много интересного.

Принцип работы и типы приборов

Внешние элементы предназначены для сбора и преобразования лучей. Затем энергия, сконцентрированная в аккумулирующем накопителе, преобразуется в электроэнергию. Малоформатные панели дают не более 100-250 Вт, для системы обогрева потребуется энергии в 2-3 раза больше. Для преобразования постоянного «солнечного» тока в электричество (переменный ток) для питания бытовой техники необходим инвертор. Прибор выступает преобразователем и обеспечивает электричеством котлы для нагрева воды, лампы накаливания, другие приборы.

Различается три типа элементов для гелиосистем:

Монокристаллические. Это пластины, нарезанные из чистого кремния, выращиваемого в искусственных условиях. Элементы считаются самыми производительными и показывают КПД до 18%. Режим эксплуатации от -5 С до +25 С.
Поликристаллические. Изготавливаются из пластин, полученных в ходе остывания кремниевого расплава. Технология производства проще, чем у монокристаллических, но и КПД снижен, панели показывают производительность не более 12%.
Пленочные или аморфные. Изготавливаются с применением технологии испарительной фазы, в процессе которой тонкая пленка кремния оседает на поверхности полимерной гибкой основы. Недорогой вариант изготовления объясняет сниженный КПД всего до 7%.

Для монтажа систем отопления в доме в холодных регионах применяются фотоэлектрические батареи, собираемые из монокристаллических пластин. Но если нужно сэкономить, то аморфные элементы считаются более простыми в монтаже и уходе. К тому же пленочные устройства не требовательны к основанию, стоят намного дешевле остальных.

Оцениваем покупку

Номинальные параметры, приведенные в таблицах для солнечных батарей, измеряются в нормальных условиях. Таковыми считаются:

температура окружающей среды 25 ºС;
поток света 1000 Вт/м2;
спектр АМ1.5.

Указанная в последнем элементе списка аббревиатура введет в заблуждение даже опытного инженера. На деле сложного нет. Номинальные параметры солнечных батарей принято испытывать спектром светила, наблюдаемым на средней континентальной широте США. Это южнее Москвы, соответствует положению Волгограда либо Ростова-на-Дону.

Стандарт, характеризующий состояние атмосферы испытательного спектра, на официальном сайте стоит 80 швейцарских франков, предлагается удовольствоваться тем, что получим по поводу условий измерения в открытых источниках:

оценка параметров воздуха проводится в 30 слоях, согласно платному стандарту;
угол положения Солнца в зените составляет 48,19 градусов;
мутность атмосферного воздуха на частоте 500 нм (голубой цвет) — 0,084;
эквивалентный столбик водяного пара — 1,42 см;
эквивалентная толщина озонового слоя — 0,34 см.

Мутность на длине волны 500 нм выбирается исходя из условия голубизны неба. Этот цвет преобладает в видимом с поверхности Земли спектре.

Научное изложение предостерегает от вопроса, отчего питание обогревателя солнечными батареями идет вразрез с документацией. Похожи условия из списка на местность, где установлена батарея?

Как ситуация выглядит зимой

Номинальная мощность солнечной батареи составляет 1000 Вт, точное значение напряжения не важно, останется преобразовано инвертором. Итак, температура перешла в минус

Специальная поправка на номинал напряжения учитывается при отклонении условий от нормы. Ниже 25 ºС вольтаж на выходе батареи растёт. При этом плотность потока мощности зимой не составит 1000 Вт/м2 в Химках. Измерения также предусматривают, что Солнце отбрасывает лучи на поверхность солнечной батареи под прямым углом. Отклонение от условия закономерно понижает выходную мощность.

Эти аспекты учитывают, выбирая солнечную батарею для дома.

Солнечный коллектор для отопления дома своими руками – общие советы и рекомендации

Чтобы сделать солнечный коллектор своими руками, можно использовать самые разные материалы. Все элементы системы изготавливаются отдельно, после чего они соединяются системой труб.

изготовление солнечной панели

Понадобится короб и материал для радиатора. Короб можно сделать из досок или фанеры, после чего дно и стенки необходимо утеплить как можно лучше – например, пенопластом.

Для изготовления радиатора используются отрезки широких труб, которые свариваются между собой отрезками меньшего диаметра – как в батарее парового отопления. Верх короба закрывают листом стекла. Наружная часть короба окрашивается в белый цвет.

изготовление аванкамеры и накопительного бака

Для этого понадобится пара емкостей подходящего объема. Для накопителя нужен бак не меньше чем на 150 литров. Бак также утепляют, например, помещают его в деревянный короб, свободное пространство заполняют теплоизоляционным материалом.

Для аванкамеры понадобится бак меньшего размера, не больше чем на 40 литров. Емкость должна быть полностью герметичной и снабженной шар-краном для подачи воды.

сборка системы

Как только основные элементы готовы, можно приступать к сборке. Сначала устанавливается аванкамера и накопительный бак. При этом необходимо правильно просчитать уровень воды в емкостях. Уровень в аванкамере должен быть выше уровня в накопителе минимум на 80 сантиметров. При установке солнечной панели, помните: она должна размещаться в самой нижней точке системы, накопительный бак находится выше, аванкамера – в самой высшей точке. Расстояние от панели до накопительного бака должно быть не меньше 70-ти сантиметров.

Далее монтируются:

Дренажная труба накопителя.
Дренажная труба аванкамеры.
Труба подачи холодной трубы к аванкамере.
Труба для ввода холодной воды.
Труба подачи холодной воды к смесителям.
Труба подачи горячей воды к смесителям.
Труба подачи горячей воды к накопительному баку.
Горячая труба радиатора.
Труба подпитки накопительного бака.

Для участков системы с высоким напором воды лучше использовать трубу сечением в полдюйма, с низким – в дюйм. Для монтажа системы используются подходящие для каждого конкретного случая фитинги, сгоны, резьбовые соединения, и.т.д.

Перед запуском системы ее заполняют водой через дренажные отверстия, расположенные внизу, после чего аванкамера подсоединяется к системе отопления, и регулируется уровень воды в коллекторе. Рекомендуется в нижней части системы установить вентили для устранения воздушных пробок. Если система не дает течь, можно приступать к эксплуатации.

https://youtube.com/watch?v=lU5_z2LaOME

Целесообразность использования

Солнечная батарея и сопутствующие ей элементы гелиосистемы не являются новейшим изобретением. Использование энергии нашего светила практикуется уже длительное время. Новаторами в этой области стали южные континенты (например, Америка или Австралия), а также некоторые европейские страны.

Что же касается северных регионов, по причине меньшего количества света эффективность работы гелиоустановок там значительно ниже. Поэтому их целесообразнее будет применять в качестве альтернативного варианта.

Независимо от того, в каких целях используются солнечные панели, принцип работы у них один и тот же. Солнечные батареи для отопления дома будут функционировать в качестве накопителей энергии (или коллекторов), в состав которых входят светособирающие фотоэлементы. Отопление дома обычно обустраивается с помощью применения специальных коробов с надежной теплоизоляцией. Внутри них имеется носитель тепла, а сами они прикреплены на щиты, приподнятые над поверхностью и обращенные к Солнцу.

Чтобы обогрев был более стабильным, и тепло в дом поступало с минимальными перебоями, такие системы часто оборудуют специальными трекерами — устройствами слежения за Солнцем. Благодаря специальным датчикам, установленным в сервоприводы, трекер поворачивает панели вслед за движением светила. Далее энергия преобразуется с помощью трубок, которые обустроены в коробах.

Случае следует делать различие между понятием солнечной панели и гелиосистемы в целом. Гелиосистемы обеспечивают нагрев любого теплоносителя, а собственно панели с фотоэлементами предназначены для накопления солнечной энергии. При проживании в тех регионах, где количество ясных дней на протяжении года менее 200, придется обзавестись именно гелиосистемой. Только тогда отопление на солнечных батареях сможет себя оправдать.

С чего начинать подбор?

Выбор солнечной батареи начинают с ознакомления с репутацией ее производителя. Выбирать надо панели фирм, имеющих многомиллионное производство: обычно они не экономят на комплектующих изделиях, которые влияют на сроки эксплуатации устройства.

Чтобы для дома подобрать лучшие солнечные батареи, нужно сравнить характеристики продукции нескольких производителей и отзывы о них. Для этого желательно использовать открытые источники информации. Чтобы выбрать солнечные панели для своего дома, надо подобрать батарею исходя из качества элементов, составляющих модуль.

Они подразделяются на 3 вида:

Тип А. Если подобрать солнечную батарею с такими элементами, то она будет долгое время давать 95 % номинала мощности.
Тип В. После тестов старения панель для дома сможет выдавать весь срок эксплуатации не менее 69-71 % от номинальной мощности.
Тип С — самые дешевые солнечные панели, обладающие сравнительно хорошим выходом мощности для домов. Они могут обеспечить не более 67 % от номинальной мощности после прохождения теста на старение.

Можно ли оптимизировать солнечные панели для работы зимой?

Зимой оптимальный угол наклона к горизонту как солнечных батарей, так и солнечных коллекторов будет больше, из-за того, что Солнце зимой более низко над горизонтом. Для того, чтобы получать максимальное количество энергии и зимой, нужно менять угол наклона солнечных батарей или коллекторов. В нашем ассортименте есть специальные монтажные конструкции для солнечных батарей, которые позволяют менять угол наклона в пределах 15-30 или 30-60 градусов. Еще больше энергии можно получить при помощи трекеров, которые следят за ходом Солнца в течение дня. Однако, большинство систем установлены с фиксированным углом наклона (особенно это относится к солнечным коллекторам, т.к. у них сложнее менять угол наклона из-за трубопроводов). Значения углов наклона для максимальной выработки энергии в различные сезоны года и в среднем за год рассматривается в статьях Угол наклона и направление и Натурные испытания оптимального угла установки СБ.

Влияние снега на работу солнечных батарей

Проблемы, которые может причинить снег солнечным батареям, обычно минимальны

Однако, нужно обратить внимание на следующие моменты, если в вашем регионе снежные зимы и у вас на крыше установлены солнечные батареи:. Чистка солнечных батарей от снега — при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек

Чистка солнечных батарей от снега — при правильной установке занимает не больше времени, чем расчистка от снега дорожек

Все солнечные панели рассчитаны выдерживать определенный вес, и снеговая нагрузка обычно гораздо меньше максимально допустимой. Все солнечные панели тестируются под давлением на производстве, чтобы быть уверенным в их сроке службе и качестве. Посмотрите на характеристики солнечной панели, обычно в спецификации указывается максимальный вес, который может выдержать солнечная панель.
Если снег закрывает солнечные панели, они не могут производить электричество — но для решения этой проблемы достаточно почистить солнечную батарею специальным оборудованием. Солнечным панелям нужен солнечный свет, чтобы производить электроэнергию. В большинстве случаев солнечные панели устанавливаются под определенным углом, который обеспечивает естественный сход снега с солнечных панелей. Вы можете ускорить этот процесс при помощи ручной очистки снега специальными щетками, которые не повреждают и не царапают солнечные панели.
Морозная солнечная погода повышает выработку энергии солнечными батареями. Пока светит солнце на панели, они вырабатывают электроэнергию, зимой даже лучше, чем летом. Это значит, за 1 час солнечной погоды ваши солнечные панели зимой выработают больше энергии, чем за тот же час, но летом. Общее количество энергии, конечно же, будет меньше, потому что зимой день намного короче, чем летом, и солнечных дней меньше.

Можно ли надеяться на солнечные батареи зимой?

К сожалению, солнечные батареи и коллекторы не смогут обеспечить вас достаточным количеством энергии в зимнее время. Но некоторые системы работают на удивление эффективно и зимой.

Не надо надеяться на то, что солнечные батареи или коллекторы обеспечат ваши потребности в горячей воде или отоплении, но они помогут существенно сэкономить вам на счетах за электричество. Настолько, что ваша система окупится менее, чем за 10 лет. А если вы не подключены к электросетям и используете генератор для получения электричества, то фотоэлектрическая система окупится за срок от нескольких месяцев до 2-3 лет в зависимости от стоимости топлива и ваших затрат на капитальный ремонт или замену топливного генератора.

Даже с учетом того, что зимой на большей части России приход солнечной радиации снижается, вложения в солнечную энергосистему продолжает оставаться доходным. Более того, есть регионы, где приход солнечной радиации зимой даже больше, чем летом (например, Дальний Восток). В любом случае, солнечные батареи позволяют экономить на платежах за электроэнергию круглый год.

Эта статья прочитана 43721 раз(а)!

Устройство коллекторов

Солнечные коллекторы для отопления предполагают преобразование тепловой энергии. Тепловой носитель под воздействием света нагревается и в дальнейшем отдает тепло. Эффективность тепла, получаемого от солнечных коллекторов, зависит от объема светового потока, и влияет на отопление.

Разновидности коллекторов:

в качестве теплоносителя применяется антифриз;
в качестве теплоносителя употребляется воздух.

Если применяется жидкостный теплоноситель, то различают плоские и трубчатые коллекторы.

Плоские коллекторы состоят из:

абсорбер – поглощает лучи света;
прозрачный слой;
поверхность с изоляцией тепла.

Плоские коллекторы оснащены трубками, уложенными в виде змейки. Трубки имеют по два отверстия – входное и выходное. Возможно подключение от одного или двух патрубков.

Трубчатые коллекторы, как и плоские, содержат трубки, по которым движется теплоноситель. Трубчатые коллекторы снабжены двумя категориями трубок. Первая категория – коксиальные. Их конструкция состоит из трубки, помещенной в другую трубку. Причем концы у обеих запаяны. Между стенками получается вакуум. Вторая категория – перьевые, состоящие из одной трубки. Она содержит адсорберную перьевую планку.

Воздушные коллекторы предполагают воздушную передачу теплоты. Поток воздуха поддается регулированию с учетом температуры помещения и уровня нагрева коллектора. Воздух из коллектора имеет прямую возможность поступать в помещение либо в вентиляционную систему. Воздушные коллекторы подходят для отопления гаража или дачи. Они обычно крепятся на стену.

Выбор типа отопления

Как выбрать солнечную батарею для дома – этот вопрос интересен многим, желающим приобрести этот тип подачи тепла для жилища. Для южных областей лучше выбирать плоский вид коллектора, так как при таких условиях эффективность установки будет выше.

Воздушные коллекторы служат вспомогательным солнечным оборудованием для отопления. Они хорошо нагреваются солнцем, но при пасмурной погоде возникают проблемы. Гелиосистемы такого типа прекрасно впитывают энергию зимой, когда лучи еще отражаются от снега. Таким образом, выбрать солнечные батареи можно с учетом целей применения и климатических условий.

Солнечные системы отопления, работающие от батарей, чаще всего находят применение при взаимодействии с другими видами отопительных приборов, работающих от электричества. Солнечные панели можно совместить с электрическими аккумуляторами и получить дополнительное электричество для дачи. Хотя гелиосистемы для отопления в этом случае потребуют большую площадь дома.

Монтаж

Это оборудование можно располагать на кровле. При этом монтаж солнечных батарей на крыше требует либо ее переделку, либо замену какой-либо части на пластины нагревателей. Можно подбирать нагреватели, внешне похожие на кровельный материал. Еще из выбираемых панелей солнечных батарей можно заменить полностью небольшую крышу.

Монтаж солнечных батарей включает основные этапы:

панель устанавливается на крышу дома;
на какой-нибудь стене размещается контролер (для низковольтных приборов);
установка аккумулятора;
подсоединение инвертора (для высоковольтных приборов).

Гелиосистемы для отопления дома необходимо устанавливать с помощью специальных квалифицированных служб.

Солнечная система отопления в зимний период может быть очищена от снега специальной щеткой.

Существует много мнений насчет того, что солнечные обогреватели слишком долго окупаются и обладают низкой эффективностью. Несмотря на это появляется все больше людей, которые используют солнечные батареи для отопления дома в комплекте с другими источниками. Ведь многие стремятся сэкономить средства благодаря гелиосистемам в столь нестабильной экономической ситуации. А обогреватель на даче, работающий на солнечных батареях, снижает многие затраты.

Разновидности

В самом широком понимании термин «солнечная батарея» означает некоторое устройство, которое позволяет преобразовывать излучаемую Солнцем энергию в удобную форму с целью последующего использования в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Для обогрева домов используются два типа солнечных батарей.

Фотоэлектрические элементы

Батареи этого класса часто называют преобразователями, поскольку с их помощью энергия солнечного излучения преобразуется в электрическую. Такое превращение стало возможным благодаря свойствам полупроводников. Ячейка фотоэлемента состоит из двух материалов, один из которых обладает дырочной проводимостью, а другой – электронной.

Фотоэлектрические элементы

Поток фотонов, из которых состоит солнечный свет, заставляет электроны покинуть свои орбиты и мигрировать через Pn-переход, что и является, собственно, электротоком.

По виду используемых материалов различают три вида фотоэлектрических батарей: кремниевые, пленочные и концентраторные.

Кремниевые

К этому типу относится более трех четвертей выпускаемых сегодня солнечных электробатарей. Это обусловлено распространенностью кремния в земной коре, а также тем, что большинство технологий в сфере производства полупроводниковой электроники было ориентировано на работу именно с этим материалом.

В свою очередь элементы на базе кремния делятся на две разновидности:

монокристаллические: наиболее дорогой вариант, КПД составляет 19% – 24%;
поликристаллические: более доступны, но имеют КПД в пределах 14% – 18%.

Пленочные

При производстве фотоэлементов данной группы используются полупроводники, имеющие более высокий, чем у моно- и поликристаллического кремния, коэффициент поглощения света.

Это позволило на порядок уменьшить толщину элементов, что положительно отразилось на их стоимости. Применяются следующие материалы:

теллурид кадмия (КПД – 15% – 17%);
аморфный кремний (КПД – 11% — 13%).

Концентраторные

Эти батареи имеют многослойную структуру и характеризуются самой высокой эффективностью – около 44%. Основным материалом при их производстве является арсенид галлия.

Комплектация отопительной системы

Отопительная система на базе фотоэлектрических батарей состоит из следующих компонентов:

собственно батареи;
аккумулятор;
контроллер: управляет процессом зарядки аккумулятора;
инвертор: преобразует постоянный ток от батареи или аккумулятора в переменный с напряжением 220 В;
конвектор, водогрейный котел или любой другой тип электрообогревателя.

Сетевая фотоэлектрическая система

Солнечные коллекторы

Батареи данной разновидности состоят из нескольких выкрашенных в черный цвет трубок, через которые перекачивается циркулирующий в системе отопления теплоноситель. При этом тепловая энергия солнечного излучения без всякого преобразования усваивается рабочей средой. В большинстве случаев в ее качестве используется смесь на основе пропиленгликоля (имеет свойства антифриза), но существуют и коллекторы, ориентированные на работу с воздухом. Последний после подогрева подается прямо в отапливаемое помещение.

Солнечные коллекторы

В самом простом исполнении солнечный коллектор называется плоским. Он выполняется в виде бокса из стекла с темным покрытием, которое находится в контакте с проходящим по трубкам теплоносителем. Более сложное устройство имеют вакуумные коллекторы. В таких батареях трубки с теплоносителем помещены в герметичный стеклянный корпус, из которого откачивается воздух. Таким образом, содержащие рабочую среду трубки окружаются вакуумом, который исключает потери тепла от контакта с воздухом.

Очевидно, что изготовление солнечных коллекторов основывается на более простых технологиях, чем производство фотоэлементов. Соответственно, и стоимость они имеют более низкую. При этом КПД таких установок достигает 80% — 95%.

Комплектация гелиосистемы

Основными элементами гелиосистемы (системы солнечных батарей для дома) являются:

солнечный коллектор;
циркуляционный насос (в системах с естественной циркуляцией теплоносителя он может отсутствовать, но они являются малоэффективными);
емкость с водой, играющая роль теплового аккумулятора;
контур водяного отопления, состоящий из труб и радиаторов.

Схема реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Источник: ledsshop.ru