Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Интересные публикации

«Как до нефтяников донести, что мы здесь живём?» Нефтяные месторождения в Коми открыли ещё в 1960-е годы. К их разработке приступили в 1970-х,… Арина Кочемарова 02/06/2021 Спасибо за вашу помощь В 2020 году мы все ушли в онлайн, но работу не остановили: выполняли задуманное и… Екатерина Геренко 31/05/2021 Годовщина аварии в Норильске: угроза разливов остаётся В мае 2020 года в Норильске произошла авария, о которой слышал, наверное, каждый житель России.… Олеся Викулова 28/05/2021

Солнечные батареи для электроотопления дома зимой – реальность?

Солнечная энергетика – это наше будущее, ее используют уже во многих сферах и популярность только растет. Все преимущества и выгода давно ясны: экологически чистая энергия превращается в бесплатное электричество, которое можно использовать для своих целей и продавать государству. Но многих интересует вопрос, а зимой солнечные батареи осилят ли электрическое отопление?

Электроотопление дома потребляет большое количество электроэнергии, а зимы в Украине зачастую хмурые и солнце спрятано далеко за тучами. Естественно, солнечные батареи зимой вырабатывают намного меньше энергии, чем в теплую пору. На графике четко видно, рост и падение выработки энергии на протяжении года.

Как видите, примерно в 4 раза падает отдача солнечных батарей в зимнюю пору. В итоге, она не сможет питать электроотопление? Что ж, ищем калькулятор!

К примеру, наш дом имеет площадь 100 кв. м.:

• 1 комната – 25 м², на нее необходимо обогреватель мощностью 1400 Вт;
• 2 и 3 комнаты – 20 м², на них необходимы обогреватели мощностью по 1200 Вт;
• Коридор – 10 м², на него необходимо обогреватель мощностью 350 Вт;
• Кухня – 15 м², на нее необходимо обогреватель мощностью 750 Вт;
• Санузел – 10 м², на него необходимо обогреватель мощностью 350 Вт;
• Суммарная мощность обогревателей – 4050 Вт или 4,05 кВт.

Солнечная электростанция мощностью 1 кВт за 1 зимний день сможет выдать до 1,5 кВт. В среднем, электрообогреватели работают по 8 часов в день, соответственно им необходимо 32 кВт в день. При установке солнечной электростанции 30 кВт, ежедневно она будет выдавать 45 кВт зимой (посчитано в самых суровых условиях). Если 32 кВт будет уходить на отопление, то 13 еще останется на другие бытовые приборы, и еще будет остаток.

В результатах подсчетов, солнечные батареи для электроотопления дома в Украине должны иметь мощность 30 кВт. Но такая электростанция имеет колоссальное количество преимуществ, и чуть позже мы про них расскажем. А пока необходимо подсчитать необходимое количество батарей для отопления.

Сколько нужно солнечных батарей для отопления дома?

Электростанция 30 кВт – это далеко не маленькая станция, площадь панелей может достигать до 200 м². Для стабильной мощности солнечной электростанции 30 кВт устанавливаютот 105 до 110 панелей. Такого количества вполне достаточно отопления дома и других нужд. Если учитывать динамические системы солнечных панелей, тогда их количество будет значительно меньше, но и система обойдется дороже.

Солнечные батареи для электрического отопления можно устанавливать не только на крышу дома, но и в любой местности участка с доступом к южной стороне (солнечной). Крыша гаража, летней кухни, мастерской, бани или отдельные участки на земле также служат отличной платформой для солнечных панелей.

Насколько выгодная инвестиция в солнечные батареи, чтобы отапливатьдом электричеством?

Электроотопление зимой заберет большую часть выработанной электроэнергии, но необходимо понимать, что она Ваша и ее поступление стабильное. Каждый день зимой солнце освещает нашу землю, а солнечные панели работают постоянно. В дождь, снег, туман панели будут вырабатывать тот минимум, о котором мы писали. И перебои со светом из-за халатности электриков или урагана – Вам не грозят. Это огромнейший плюс!

Отопление Вам необходимо только 5 месяцев из 12, соответственно остальные 7 месяцев будут давать огромную прибыль по «Зеленому» тарифу. Хотите конкретных цифр?

1. Стоимость солнечной электростанции 30 кВт – 22 000 $;
2. Годовая выработка такой электростанции – 31 000 кВт*час;
3. Сегодня «Зеленый» тариф – 0,18 Евро/кВт*час;
4. Годовая прибыль от станции – 5 500$ (с учетом налогов, и небольшим % риска).

Полная автономность, постоянная прибыль и масса других преимуществ ожидают при установке солнечных батарей. Солнечные батареи вытянут электрическое отопление, но для этого необходимо будет немало вложить в их покупку. 5-6 лет и они полностью окупят себя, а дальше будут работать в огромный плюс.

Электрическое отопление – это единственный тип обогрева, который может в паре работать с солнечной электростанцией. Газовые и твердотопливные котлы будут обходиться дороже, в то время, как электроотопление будет работать бесплатно. Мы рекомендуем использовать керамические обогреватели украинского производства. Интернет-магазин экономного отопления «Теплодар» предоставляет обогреватели Венеция по смешным ценам. Вы сможете сэкономить уже на стадии покупки системы отопления.

Если в Вашем доме газовое отопление, прочтите статью:«Цены на газ в Украине в 2019г для населения. Выгодно газовое отопление?»

А если Вы живете в квартире, Вам будет интересна статья: «Как оформить, узаконить электроотопление в квартире? Основные правила»

Как используется коллектор

По своей сути солнечный коллектор – это устройство сбора тепловой энергии нашего светила, исходящей от него в виде инфракрасного излучения и видимого света. Поэтому их гелиоустановками и называют.

В упрощенном варианте это плоский коллектор из черной металлической пластины – абсорбера, накрытой сверху светопрозрачным слоем стекла. Между ними на абсорбере в качестве теплообменника расположены тонкие трубки, из материала с высокой теплопроводностью. Все устройство герметизируется и из него откачивается воздух. По трубкам циркулирует теплоноситель, которые может нагреваться до 200 С.

Тепло же в отопительную систему отдается уже через бойлер. Количество генерируемого тепла также мало зависит от температуры воздуха, главное интенсивность солнечного света.

Виды солнечных батарей и особенности их комплектации

На сегодняшний день существует два вида солнечных панелей, их технические свойства свободно можно использовать для снабжения жилплощади электроэнергией.

К первой группе относятся малые фотоэлектрические системы, вырабатывающие напряжение от 12 до 24 вольт – этого достаточно, чтобы дом полноценно освещался и круглосуточно работал телевизор.

Ко второй группе относятся большие фотоэлектрические установки, которые при грамотном монтаже обеспечивают отопление и освещение среднего по размеру дома.

Батареи при монтаже комплектуются следующими вспомогательными элементами:

• вакуумный солнечный коллектор;
• прибор контроля или контроллер – следит за функционированием системы;
• насос – обеспечивает подачу теплоносителя к резервуару от коллектора;
• емкость под горячую воду, ее объем от 500 до 1000 л;
• электрический тэн.

Водоснабжение дома теплой водой, отопительная система «теплый пол» – все эти удовольствия можно получить с помощью природного явления бесплатно, при условии установки мощного оборудования.

Чтобы рассчитать нужную мощность установки, учитывают количество членов семьи, размер жилплощади и стандартный объем употребляемой энергии.

На бытовые нужды семьи, состоящей из трех человек, может понадобиться от 200 до 500 кВт/месяц.

Так как зимой эффективность работы батарей снижается, после обустройства фотоэлектрических панелей своими руками не стоит полностью отказываться от привычного отопления с целью перестраховки.

Срок эксплуатации солнечных батарей превышает 25 лет, проблемы с их ремонтом и техническим обслуживанием на протяжении указанных лет – редкость.

Единственное, что в обязательном порядке придется делать, это очищать их от оседающей пыли и, время от времени, менять внешние аккумуляторы, как только их мощности перестает хватать на удержание полной емкости.

Автономные электростанции на солнечных модулях

Такие СЭС нужны для обеспечения электричеством домов, которые по каким-либо причинам не могут быть подключены к центральной сети. Они могут выступать как самостоятельные источники энергии, так и использоваться совместно с электрогенераторами.

Ток, вырабатываемый солнечной электростанцией в светлое время суток поступает на приборы и заряжает аккумуляторную батарею. В условиях недостаточной освещённости или в темное время суток расходуется заряд аккумулятора.

Схема подключения автономной системы

1. Фотоэлектрические модули
2. Коммутационные коробки
3. Сетевой инвертор
4. Аккумуляторный инвертор и блок АКБ
5. Потребители электроэнергии

Наличие АКБ значительно повышает стоимость автономных солнечных электростанций, однако, при значительном удалении и отсутствии возможности подключения к центральной электросети установка такой станции может быть единственной возможностью для электрификации вашего дома.

Помимо постоянного снабжения электричеством домов, которые не подключены к общей сети, такие электростанции могут помочь сократить время работы генераторов (при их наличии), продлить амортизационный ресурс, увеличить сроки между обязательными техническими обслуживаниями (ТО) и снизить расход топлива.

Плюсы и минусы

Помимо высокой цены, недостатком является и необходимость периодической замены аккумуляторных батарей. Частота смены аккумулятора зависит от интенсивности использования и режима работы, соблюдения рекомендаций производителя по глубине предельного разряда и по температурным режимам в ходе эксплуатации. При выборе солнечных электростанций нужно обратить внимание на такие характеристики, как:

• тип батареи;
• ёмкость батареи;
• количество циклов заряда/разряда;
• рекомендованные температуры внешней среды, оптимальные для работы аккумуляторной батареи, и возможность их соблюдения владельцем на практике.

Солнечные электростанции

Сетевые солнечные электростанции

Автономные солнечные электростанции

Гибридные/универсальные солнечные электростанции

Резервное электроснабжение на базе АКБ с функцией ИБП

заказать

Свинцово-кислотные аккумуляторы – для тех, кто ищет баланс между ценой и качеством. Такие батареи больше всего подходят для работы в буферных режимах, как резервный источник электроэнергии, но могут эксплуатироваться и в цикличном режиме (ежедневный заряд и разряд). Частота замены таких аккумуляторов в системе автономной СЭС при использовании в буферном режиме – один раз в 6-10 лет, в цикличном – один раз в 2-2,5 года.

В автономной солнечной электростанции из комплекта «Расширенный» от Мосэнергосбыт используются аккумуляторные батареи со связанным в геле электролитом. Максимальный срок службы такой батареи 10 лет, оптимальная температура окружающей среды для эксплуатации +15-20 °C.

Стоит заметить, что гелевые АКБ являются необслуживаемыми и не выделяют в процессе своей работы никаких газов, что очень важно для безопасной эксплуатации аккумуляторов в жилых помещениях.

Преимущества солнечных батарей для отопления дома

Итак, рассмотрим самые явные преимущества солнечных батарей.

1. ваш дом будет обеспечен необходимым теплом каждый год, а регулирование температуры в доме по своему желанию станет очень полезным дополнением;
2. полная ваша независимость от коммунальных контор оградит вас от колебаний цен за услуги и прочих проблем;
3. универсальность солнечных батарей позволит использовать их для различных нужд в бытовом хозяйстве
4. долговечность и надежность солнечных батарей находится на очень высоком уровне. Независимо от различных условий, таких как климатические условия, активность солнца, ветра, колебания ветра, солнечных батарей прослужат вам очень долгое время.

Распространенность солнечных батарей

Конечно же, такая система подойдет не всем. Есть множество факторов, на которые необходимо обратить внимание. Качество отопительной системы напрямую зависит от климатического пояса, в котором расположен ваш дом. Если вы живете в регионе со слабой активностью солнца, то эффективность солнечных батарей будет очень низкая. Стоит отметить также высокую стоимость отопительного оборудования, поэтому позволить себе солнечных батареи сможет не каждый владелец усадьбы. Тем не менее, солнечные батареи успешно окупают свою стоимость через какое-то время.

Простой вариант воздушного обогрева дома

Наиболее простой вариант — это создать воздушно солнечное отопление своими руками из металлического профнастила. Расчет материала таков: для создания короба размерами 180х120х15 см понадобится влагостойкая фанера толщиной 1,2 см на боковые стенки и 0,7 см — на заднюю стенку.

По периметру готового короба к задней стенке прикрепляется брус 4х4 см, на который укладывается минеральная вата слоем толщиной 4 см. Полученная после утепления поверхность зашивается профнастилом и окрашивается черной матовой краской с термостойкими характеристиками.

Принцип работы воздушного коллектора

В середине короба прибиваются планки, размер которых соответствует расстоянию от стенки до стекла, которое будет затем установлено. Планки прибиваются в виде лабиринта, чтобы создавалась необходимая циркуляция воздуха. В нижней части боковой стенки прорезается прямоугольное отверстие, через которое осуществляется подача воздуха. Отверстие защищается сеткой или воздушным фильтром. Остекление солнечного коллектора дополняется тщательной герметизацией всех стыков.

С противоположной к отверстию подачи воздуха стороны прорезается еще одно отверстие, в котором устанавливается вентилятор. Когда лучи солнца попадут на профнастил, образуется тепло. Оно затем и будет нагнетаться для отопления помещения. Солнечное отопление своими руками позволяет при температуре +10°С получать около 60°C на выходном отверстии.

Выбор системы и ее установка

Перед тем, как остановить свой выбор на определенной отопительной системе, нужно тщательно изучить ее возможности. Обязательным условием будет расчет площади дома, а также необходимого количества тепла, которое уйдет на его обогрев. Также необходимо максимально правильно подобрать место, куда она будет установлена.

Лучше всего обратиться за помощью к высококвалифицированным специалистам, так как даже незначительный просчет может значительно снизить ее эффективность во время работы.

Если отопительная система будет установлена правильно, то она прослужит не менее 25 лет. Такая система окупит себя полностью максимум через 3 года. Для многих такой срок наверняка не покажется слишком долгим. К тому же, вы полностью не будете зависеть от коммунальных служб.

Солнечный коллектор должен быть установлен на площади с максимальным солнечным освещением. Если здание непригодно для установки коллектора, такое устройство можно установить на соседнем строении. Накопитель можно разместить в подвале. Нередко встречаются такие системы, где накопителей несколько. В таком случае они будут обладать более компактным размером.

Те, кто выбрал для обогрева своего дома такую отопительную систему, как солнечные батареи, может сказать, что он поступил правильно. Солнечная энергия не стоит денег и, к тому же, является неиссякаемым источником тепла. Все, что нужно, — это вложить некоторые средства в оборудование и установку такой системы, зато потом она себя полностью окупит и избавит вас от зависимости платить деньги коммунальным службам.

Виды коллекторных систем

Солнечные коллекторные системы выпускаются в различных модификациях. Такое разнообразие дает возможность оборудовать отопление на солнечных батареях и выбрать наиболее оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.

Циркуляция жидкости в данных устройствах осуществляется в двух вариантах:

• Естественным путем. Движение воды происходит за счет ее физических свойств. Плотность нагретой жидкости уменьшается, а ее объем увеличивается и она перемещается по трубкам снизу вверх. Вместо нее свободное пространство нижних трубок вновь заполняется холодной водой. В этом случае резервуар размещается выше коллектора, что обеспечивает естественное движение воды.
• Принудительно. Иногда размещение емкости на большой высоте нецелесообразно, особенно при ее больших размерах. С целью снижения нагрузки на крышу и другие конструкции здания, бак размещается в подвале или в другом специально приспособленном помещении. В этом случае вода самостоятельно циркулировать не сможет, и для ее движения потребуется насос.

Солнечные водонагреватели различаются между собой коллекторами. Наиболее простым считается панельный вариант. В этом случае коллекторные трубки окрашиваются в черный цвет и помещаются в панельный корпус, закрытый прозрачным пластиком или стеклом. Эффективность такой системы невысокая, так как потери тепла наблюдаются уже в самом коллекторе. Ее рекомендуется использовать лишь в качестве вспомогательного подогрева в местах в большим количеством солнечных дней.

Более производительными считаются вакуумные устройства. В них трубки с теплоносителем помещаются в специальную вакуумную колбу, пропускающую солнечное тепло. Вода может нагреваться до температуры кипения, а масло – до 200-300С. При этом тепловые потери самые минимальные, а сама установка позволяет решать задачи отопления и горячего водоснабжения, эффективно подогревать тёплый пол.

Существуют различия и между контурами вентиляции. Разомкнутый тип используется для получения горячей воды в жилых домах. Теплоноситель проходит через контур один раз, и после нагрева используется в быту. На его место поступает другая холодная вода и процесс повторяется.

Одноконтурная система используется для установки в отопительные системы. Нагретый теплоноситель циркулирует по стандартной схеме через коллектор и расширительный бак.

Наиболее популярными считаются универсальные двухконтурные системы. Они обеспечивают не только отопление, но и подачу горячей воды. По первому контуру теплоноситель поступает в теплообменник – бойлер, а после нагрева он по второму контуру попадает в систему отопления или горячего водоснабжения.

Отопление дома от солнца – солнечные батареи на крыше

Тарифы на энергоносители постоянно растут, отопление является определяющей затратной частью содержания дома.

Поиски путей снижения оплаты отопления заставляют обратиться к неиссякаемому источнику энергии – солнцу.

Для обеспечения человечества всеми видами энергии достаточно освоить хотя бы десятитысячную долю попадающей на землю энергии солнца. Начнем с себя, попробуем отапливать дом солнцем.

Принцип действия

Преобразование энергии солнца в тепло возможно двумя путями – электрическим и прямым нагревом. Фотоэлектрические преобразователь имеют очень низкий КПД, доступные – до 10%, лабораторные – до 40%.

Для обогрева помещения малопригодны, практическое применение как источники тока находят в южных регионах с приоритетным количеством дней в году. Используются только потому, что государство и международные организации доплачивают за «зеленую», экологическую электроэнергию.

Выработка электроэнергии на фотоэлементах дороже обычной, экономическая рентабельность возможна для России при удорожании электроэнергии в три раза.

Непосредственный нагрев теплоносителя рентабелен даже при покупке дорогих европейских моделей гелиоустановок. Принцип действия тот же что и в летнем душе – солнце греет оболочку с водой, нагретая вода используется.

Необходимо отметить, что имеются системы с нагревом воздуха в качестве теплоносителя, но их применение очень ограничено самыми южными районами России. В дальнейшем будем рассматривать гелиосистемы с теплоносителем.

Виды гелиоустановок

Существует несколько систем солнечного нагрева жидкости – плоские, трубчатые, концентраторы.

Плоские представляют собой способ нагрева под стеклом.

Металлические трубки прямые или спиралью окрашены в черный цвет для лучшего нагрева, термоизолированы с трех сторон, со стороны освещения — накрыты стеклом или стеклопакетом.

Эти мероприятия направлены на снижение непроизводительных потерь тепла, напрямую влияют на КПД установки. Дешевые, просты в самостоятельном изготовлении, небольшой КПД.

Обратите внимание

Трубчатые нагреватели своей конструкцией напоминают матрешку, — труба в трубе. Наружная стеклянная труба выполняет роль термоизолятора, из нее откачан воздух до разряжения, близкого к вакууму.

Внутренняя медная теплообменная трубка зачернена. Трубы собраны в систему нижним и верхним коллектором, количество можно набирать любое. Благодаря особой системе крепление трубок, замена их может выполняться в процессе эксплуатации.

Дороже плоских, но имеют до 30% больший КПД.

Концентраторы представляют собой зеркало, а чаще систему зеркал, концентрирующих солнечную энергию на объект нагрева — ту же трубку с жидкостью. Бывают двух типов – ленточные, когда нагревательная трубка расположена горизонтально, параллельно параболическому длинному зеркалу.

И точечные – система зеркал концентрирует поток света в точку. В быту такие системы применяются крайне редко ввиду высокой стоимости, но имеют самый высокий КПД благодаря системе управления. При движении солнца зеркала централизованно поворачиваются, максимально улавливая свет.

Такие системы применяются также в тепловых электростанциях – вода доводится до кипения и вращает турбину.

Практическое применение

Для реального от отопления дома нужно использовать трубчатые нагреватели, имеющие коэффициент поглощения – до 98% и могут работать до температуры в — 40С. Но одних солнечных панелей недостаточно, нужна система отопления, включающая в себя термоизолированные трубопроводы, накопительный бак, насос, контроллер.

Собрать самостоятельно такую систему не сложно даже начинающему слесарю. Нужно понимать принципы — в солнечной батарее циркулирует незамерзающая жидкость с низкой температурой кипения, отдача тепла происходит в теплообменном баке – накопителе. Солнечная панель устанавливается под углом, выше широты расположения на градус.

Для средней полосы России оптимален угол наклона 30-40 градусов.

Гелиоустановки не могут обеспечить полную мощности отопления ввиду малого количества солнечных дней в году зимой, но помогут сэкономить на отоплении до 60% и обеспечить полностью горячей водой.

Обогреть дома с помощью солнца и ветра

Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления

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

Виды, достоинства и недостатки солнечных батарей

Не так давно превращение солнечной энергии в электричество было невозможным. Сейчас же это явление применяется достаточно широко. В Европе используются все преимущества использования такого преобразования. Солнечную энергию используют не только для обогрева жилья, но и для других целей.

В нашей стране эта область развивается несколько медленнее, но оборудование, необходимое для этих целей, становится все дешевле.

Где применяются солнечные батареи

Применяются эти панели очень широко. Их можно встретить как в космической отрасли, так и в сельском хозяйстве. Используются такие батареи также и для бытовых целей. Например, уличные светильники, которые заряжаются энергией солнца, применяют для освещения улиц, а также приусадебных участков домов.

Солнечные батареи позволяют использовать электричество там, где ранее это было невозможно. В России есть много поселков, которые до сих пор не могут подобрать солнечные модули и пользоваться этим благом.

Сегодня используют солнечные батареи различных типов. Для бытовых целей чаще всего используются кремниевые.

Их работа основана на том, что на панель попадает свет. Затем направление орбит электронов меняется. С помощью преобразователей вырабатывается электричество.

Такие панели можно разделить на несколько типов

1. Монокристаллические. Их особенность в том, что ячейки, на которые воздействует свет, расположены в одном направлении. Это позволяет получить наиболее высокий КПД, который может достигать 23%. Но для этого панель должна быть направлена на солнце. В пасмурный день они будут не очень эффективны.
2. Поликристаллические.

   Здесь кристаллы кремния направлены в разные стороны. КПД при этом невысок. Он составляет около 16-18%. Но в пасмурную погоду эти панели все равно будут работать.

3. Аморфные. Их производят с помощью напыления кремния и других веществ в вакууме. КПД равен 6-7%. Но у них есть преимущество – они могут работать в дождь и в туман.

   Кроме того, стоят они недорого.

4. Гибридные панели сочетают монокристаллические панели и аморфные. Они эффективны при рассеянном свете.

Альтернативой кремниевым панелям можно считать полимерные пленки, состоящие из проводников из алюминия, напыления и слоя защиты. Такая пленка мало весит, ее можно даже скрутить.

У нее невысокий КПД, но довольно низкая цена.

Что учесть при выборе?

Здесь все зависит от целей и условий использования. Для путешествий подойдет дешевый вариант. А для установки на крышу дома придется заплатить до 1000 долларов.

Так как эта область на данный момент мало кому известна, необходимо обратиться к специалистам в этой области, которые подскажут, какая мощность необходима для ваших целей.

Это также зависит от целей, для которых вы приобретаете панель. Существуют батареи, которые могут зарядить лишь фонарик, а некоторые из них могут питать холодильник, находящийся у вас на даче.

Качественные панели идут в комплекте с различными фиксаторами, переходниками и другими элементами, которые могут быть полезны.

Достоинства

1. Использование таких панелей е наносит вред природе.
2. Некоторые модели служат достаточно долго.
3. Их применение позволяет экономить энергию.
4. Они мало весят, не шумят, просты в использовании.
5. Солнечные батареи освобождают нас от зависимости от традиционного получения электрической энергии.

Недостатки

1. Высокая стоимость мощных панелей.
2. Занимают много места.
3. Низкий КПД.

В итоге можно сказать, что в будущем это оборудование будет только развиваться. Они станут более доступными, и будут использоваться более широко.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Срок службы солнечных батарей

Чтобы оценить выгоду, нужно разобраться, сколько служат панели и не придется ли их менять после того, как закончится гарантийный срок. Тут есть несколько особенностей, которые стоит учитывать:

1. Монокристаллические и поликристаллические варианты самые долговечные. За 25 лет использования они теряют не больше 10% емкости. Но и далее падение мощности незначительное, за последующие 10-15 лет теряется примерно столько же. То есть, можно с уверенностью говорить, что срок службы таких вариантов составляет 35-40 лет, а может и больше.
2. Тонкопленочные варианты имеют срок службы намного ниже – 10-20 лет. Причем, за первые 2 года потеря емкости может составить 10-30%, большинство производителей дает запас мощности, чтобы компенсировать эту проблему. В дальнейшем потери не такие существенные.
3. Для увеличение срока службы следует исключить повреждение частей системы. Обрезать ветки близко расположенных деревьев, мыть поверхность как минимум несколько раз за сезон. Проверять надежность крепления и контактов, чтобы они не перегревались.
4. Учитывать расходы на замену других элементов системы. Так, аккумуляторные батареи служат обычно от 6 до 10 лет (самые надежные – 15 лет), у силовой электроники ресурс примерно 10-12 лет. Затраты на замену этих узлов тоже немаленькие и это нужно учесть, рассчитывая окупаемость.

Кстати! Чем сложнее климатические условия и больше перепады температур между днем и ночью, а также между порами года, тем меньше срок службы солнечных батарей. В южных регионах они работают намного дольше.

Солнечные батареи нужно периодически мыть и исключать их повреждение ветками деревьев.

Подбирая солнечные батареи для своего дома лучше отдавать предпочтение надежным и проверенным монокристаллическим и поликристаллическим вариантам. Качественные модули прослужат около 40 лет, при этом потери мощности за это время составят около 20%.

Как посчитать необходимую мощность коллектора

При расчете необходимой мощности солнечного коллектора очень часто ошибочно производят вычисления, исходя из поступающей солнечной энергии в самые холодные месяцы года.

Дело в том, что в остальные месяцы года вся система будет постоянно перегреваться. Температура теплоносителя летом на выходе из солнечного коллектора может достигать 200°С при нагреве пара или газа, 120°С антифриза, 150°С воды. Если теплоноситель закипит, он частично испариться. В результате его придется заменить.

• обеспечение горячего водоснабжения не более 70%;
• обеспечение отопительной системы не более 30%.

Остальное необходимое тепло должно вырабатывать стандартное отопительное оборудование. Тем не менее при таких показателях в год экономится в среднем около 40% на отоплении и горячем водоснабжении.

Мощность вырабатываемая одной трубкой вакуумной системы зависит от географического местоположения. Показатель солнечной энергии падающей в год на 1 м2 земли называется инсоляцией. Зная длину и диаметр трубки, можно высчитать апертуру – эффективную площадь поглощения. Остается применить коэффициенты абсорбции и эмиссии для вычисления мощности одной трубки в год.

Пример расчета:

Стандартная длина трубки составляет 1800 мм, эффективная – 1600 мм. Диаметр 58 мм. Апертура – затененный участок создаваемый трубкой. Таким образом площадь прямоугольника тени составит:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928м2

КПД средней трубки составляет 80%, солнечная инсоляция для Москвы составляет около 1170 кВт*ч/м2 в год. Таким образом одна трубка выработает в год:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86кВт*ч

Необходимо отметить, что это очень приблизительный расчет. Количество вырабатываемой энергии зависит от ориентирования установки, угла, среднегодовой температуры и т.д. опубликовано

Особенности установки солнечного отопления

Солнечное отопление является наиболее эффективным в районах, характеризующихся большим количеством солнечных дней (особенно в зимний период времени).

Солнечное (гелиоотопление) отопление дома, выполненное своими руками, должно производиться с учетом специфических особенностей установки:

Схема работы солнечных батарей. Нажмите для увеличения.

Один из наиболее оптимальных вариантов — комбинированное отопление дома газовым (либо электрическим) методом и солнечной энергией.

Данный вариант, характеризующийся интеграцией элементов гелиосистемы в существующую схему теплоснабжения, позволяет значительно повысить эффективность нагрева и увеличить экономические показатели.

При производстве работ в районах, характеризующихся низким значением уровня инсоляции (потока прямых солнечных лучей на горизонтальную поверхность), необходимо особое внимание уделять оптимальному выбору площади коллекторов и правильности их монтажа. При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня

В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях

При определении уровня инсоляции следует помнить, что ее интенсивность выше в середине дня. В данной связи плоскости коллектора следует ориентировать в южном направлении. Возможны некоторые отклонения в юго-западном либо в юго-восточном направлениях.

При установке коллекторов необходимо следить за тем, чтобы на них не падала тень от соседних строений либо деревьев. Монтаж коллекторов под углом, равным географической широте данной местности, способен существенно повысить их эффективность.

Это связано с тем, что максимальный уровень поглощения энергии Солнца приходится на расположенные под прямым углом к направлению инсоляции поверхности коллекторов.

Именно поэтому необходимо произвести увеличение угла наклона, что позволит повысить эффективность работы коллектора в зимнее время, несколько увеличив потери тепла летом. Однако летом увеличение тепловых потерь вполне допустимо ввиду переизбытка тепловой энергии.

Виды отопления с использованием альтернативных источников

Самый простой способ преобразования энергии светила в тепло – это использование солнечных батарей для отопления дома. Они все чаще используются в качестве дополнительных источников энергии. Но что же представляют собой эти устройства и действительно ли они эффективны?

Смотрим видео, виды и их особенности работы:

Задача, установленного на крыше коллектора солнечного системы отопления для дома впитать как можно больше солнечного излучения, преобразовав его затем в так необходимую человеку энергию. Но при этом следует учитывать, что оно может быть превращено как в тепловую, так и электрическую энергию. Для получения тепла и подогрева воды используют солнечные системы отопления. Для получения электрического тока используют специальные батареи. Они аккумулируют энергию в дневное время суток и отдают ее ночью. Однако сегодня существуют и комбинированные системы. В них солнечные панели вырабатывают одновременно тепло и электричество.

Что касается солнечных водонагревателей для отопления дома, то они представлены на рынке широкой линейкой. Причем модели могут иметь различное назначение, дизайн, принцип работы, габариты.

Различные варианты

Например, по внешнему виду и конструкции системы отопления частного дома подразделяются на:

1. Плоские;
2. Трубчатые вакуумные.

По назначению они классифицируются на используемые для:

• Системы отопления и ГВС;
• Для нагрева воды в бассейне.

Есть отличия и принципе работы. Солнечное отопление с применением коллекторов является идеальным выбором для дачных домиков, так как не требуют подключения к электросети. Модели с принудительной циркуляцией подключают к общей системе отопления, в них циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи насоса.

Смотрим видео, сравниваем плоский и трубчатый коллектор:

Не все коллекторы пригодны для солнечного отопления загородного дома. Согласно этому критерию они делятся на:

• Сезонные;
• Круглогодичные.

Первые применяются для отопления дачных строений, вторые в частных домовладениях.