Отопление на солнечных батареях для частного дома: варианты

Причины популярности альтернативных источников энергии вполне понятны: есть возможность сэкономить топливо и осуществить мечты об экологически чистых системах жизнеобеспечения. Умело используя энергию солнца, ветра и воды, вы можете превратить обычный загородный дом в современный эко-дом.

Мы расскажем, как оборудовать солнечное отопление в частном доме, разберем вместе с вами, насколько это выгодно. Чтобы подробно осветить вопросы, связанные с использованием энергии дневного света, мы подробно описали все популярные варианты, получившие практическое применение и положительные отзывы пользователей.

Принимая во внимание наши рекомендации, вы можете построить эффективную солнечную систему для дачи или загородного дома. Чтобы облегчить восприятие сложного материала, мы интегрировали информацию с наглядными схемами, иллюстрациями и видеоуроками.

Как использовать солнечную энергию

Способы использования энергии небесного тела не относятся к инновационным технологиям, солнечное тепло используется давно и с большим успехом. Однако в основном это относится к Австралии, некоторым странам Европы, Америки и южным регионам, где альтернативные источники энергии можно получать в течение всего года.

Некоторые северные регионы испытывают нехватку естественной радиации, поэтому ее используют как дополнительный или резервный вариант.

Галерея изображенийФотографии из Солнечные батареи – это один из способов получить практически бесплатную, бесплатную энергию, излучаемую небесным телом. Устройство автономной солнечной системы целесообразно в регионах с большим количеством солнечных дней, не связанных со среднегодовой температурой. Морозно-холодные солнечные системы дают энергию для нагрева воздуха, пара или воды, летом – нагретую воду. Солнечные электростанции – это виды зеленой, экологически чистой и возобновляемой энергии. Пока что эффективность солнечных электростанций слишком зависит от количества солнечных дней. Выгодно только в южных широтах. В средней полосе и на севере он может служить только резервным источником Солнечные батареи на юге стран СНГ смогут обеспечить загородный дом электричеством, горячей водой и теплоносителем для контуров отопления Солнечные системы тоже используются в качестве резервного источника энергии приносит достаточно высокий экономический эффект, снижая нагрузку на основные варианты производства энергии. Пассивное использование солнечной энергии. Вариант установки солнечных панелей. Оптимальное расположение частной солнечной системы. Расположение солнечной панели вдоль карниза система на склоне плоской кровли Солнечная электростанция как резервный источник Работа от батарей в южных регионах стран СНГ Реальные преимущества солнечной системы в частном секторе

Посредниками между солнечными лучами и механизмом выработки энергии выступают солнечные панели или коллекторы, которые различаются по назначению и конструкции.

Батареи накапливают энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых приборов. Это панели с фотоэлементами с одной стороны и запорным механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать аккумулятор самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно большой.

Солнечные системы (солнечные коллекторы) являются частью системы отопления дома. Большие ящики, изолированные с охлаждающей жидкостью, например батареи, устанавливаются на приподнятых экранах, обращенных к солнцу или скатам крыши.

заблуждение, что абсолютно все северные регионы получают гораздо меньше естественного тепла, чем южные. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем на юге Великобритании

Для повышения эффективности панели размещены на динамических механизмах, которые напоминают систему слежения: они вращаются, чтобы следовать за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, помещенных внутри ящиков.

Основное различие между солнечными системами и солнечными панелями заключается в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые накапливают электричество. Отапливать помещение с помощью фотоэлементов можно, но схемы устройства нерациональны и подходят только для тех мест, где не менее 200 солнечных дней в году.

Схема отопительного прибора с солнечным коллектором, подключенным к котлу и резервным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающим на традиционном топливе (+)

Плюсы и минусы альтернативной системы отопления

Достоинств солнечной системы отопления не так уж и много, но каждое из них значимо и может стать предметом частных экспериментов:

  • Экологические преимущества. Это безопасный для жителей дома и окружающей природы чистый источник тепла, не требующий использования традиционных видов топлива.
  • Автономность. Владельцы заводов полностью независимы от цен на энергоносители и экономической ситуации в стране.
  • Рентабельность. При сохранении традиционной системы отопления появляется возможность снизить затраты на оплату подачи горячей воды.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не требуется разрешение правительства.

Но есть и неприятные моменты, которые могут испортить общую картину. Например, определение эффективности системы займет много времени – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она активно используется).

Только установка солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели будут стоить не менее 2200 рублей за штуку, а шестидиодные поликристаллические элементы первой категории – до 17 тысяч за штуку. Стоимость 30 модулей посчитать несложно (+)

Пользователи отмечают следующие недостатки:

  • высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы;
  • прямая зависимость количества выделяемого тепла от географического положения и метеорологических условий;
  • обязательное наличие резервного источника, например газового котла (на практике солнечная система часто является резервным).

Для достижения большей эффективности необходимо регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и защищать от образования льда в условиях промерзания. Если температура часто опускается ниже 0 ° C, необходимо позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов солнечной системы, но и дома в целом.

Галерея изображенийФотографии из Солнечные батареи мощностью 120 Вт обеспечивают энергией осветительные линии и бытовую технику в загородном доме в течение всего года. Маломощная солнечная система, состоящая из солнечной батареи, аккумуляторного устройства и контроллера заряда около 650 Вт л оборудование, находящееся внутри дома, должно быть интегрировано с инвертором мощностью 1 кВт Солнечные батареи на крыше загородного дома Крепление батарей солнечной системы дачного участка Внешнее оборудование солнечной системы Технические устройства, расположенные внутри дома

Солнечная энергия для отопления

Основное назначение солнечных элементов для хранения энергии – обеспечивать дом электричеством. Чтобы вставить их в схему устройства системы отопления и добиться оптимальной работы, необходимо собрать схему с накопительным баком.

именно в нем будет нагреваться вода, которая, достигнув определенной температуры, заполнит трубы и радиаторы в помещениях, нуждающихся в обогреве (гостиная, ванная).

Солнечная энергетическая установка с двухконтурным котлом, который нагревает и подает горячую воду в двух направлениях: к радиаторам отопления и к точкам отбора (+)

Попробуем проанализировать конструктивные особенности солнечных панелей и определить их потенциальную роль в системе отопления.

Принцип работы панелей с фотоэлементами

Есть три распространенных типа солнечных элементов:

  • Монокристаллический. Это тонкие пластины из чистого кремния, вырезанные из кристалла, выращенного в искусственных условиях. Самый урожайный сорт с урожайностью около 17-18%. Оптимальная рабочая температура составляет от 5 ºС до 25 ºС.
  • Поликристаллический. Изготовлен из пластин, полученных путем постепенного охлаждения расплавленного кремния. Технологии их производства менее трудоемки, но КПД поликристаллических фотоэлементов значительно ниже – не более 12 %.
  • Аморфный. Они кинематографичны. Производится методом испарительной фазы, в результате чего кремний осаждается в виде тонкой пленки на гибкой полимерной основе. Самый дешевый метод производства сочетается с нашей низкой производительностью до 7 %.

Для установки автономных систем отопления в северных регионах наиболее подходящим вариантом считаются фотоэлектрические батареи, собранные из монокристаллических элементов. Однако батареи с аморфными модулями проще в установке, практически не требуют базы и намного дешевле.

Монокристаллический модуль состоит из последовательно соединенных элементов, объединенных в модули. Несколько модулей образуют солнечную батарею. Темная поверхность фотоэлектрических солнечных систем оптимизирует поглощение солнечного света

Задача внешних элементов – поглощать и преобразовывать солнечные лучи. Высвободившаяся энергия уходит дальше и концентрируется в накопителе-накопителе. Маленькая ячейка обеспечивает около 100–250 Вт, а сборная панель площадью 25–30 м² снабжает электричеством небольшой дом. На установку системы отопления энергии нужно в 2-3 раза больше.

Инвертор действует как преобразователь постоянного тока солнечной «продукции» в электричество, так как переменный ток необходим для работы бытовых приборов и ламп.

Если говорить конкретно о системе отопления, то электрокотел для нагрева воды тоже работает на переменном токе. Чтобы обеспечить дом светом в ночное время, вам понадобятся батарейки, сохраняющие дневные запасы энергии.

Инверторные модули устанавливаются в удобном для обслуживания месте, хотя не требует постоянной проверки и работает в автоматическом режиме (+)

Эффективность использования фотоэлементов

Самый простой способ – купить солнечные коллекторы и применить одну из простых и проверенных годами схем. Однако обстоятельства иногда диктуют свои условия. Допустим, у вас есть отличная работающая солнечная система, но пока она служит для обеспечения вашего дома электричеством и горячей водой.

понятно, что покупать новое оборудование невыгодно, поэтому проще увеличить мощность, купив ряд фотоэлектрических преобразователей. Экономичный вариант – силиконовые панели с производительностью до 23-25%.

Обогреватель с электрическим приводом должен быть подключен к источнику питания. Универсальный вариант – котел, оснащенный разводкой.

Пленочные полимерные элементы на российском рынке встречаются гораздо реже, чем аналоги моно- и поликристаллического кремния. Они удобны в установке, но имеют невысокий КПД – всего 6 %

Если правильно организовать электроснабжение, его должно хватить и на горячее водоснабжение, и на отопление. Есть примеры, когда дом полностью укомплектован отоплением – его можно узнать по крыше, которая практически полностью покрыта панелями.

Иногда возникает необходимость возведения специальных самонесущих конструкций, если площади кровли не хватает. Получается, что для увеличения мощности нужно дополнительное свободное место.

Даже самые точные расчеты не помогут вам определить точное количество потенциальной энергии и быстро создать эффективную и хорошо функционирующую систему. Дело в том, что на практике встречаются препятствия, аспект которых довольно сложно предугадать.

Вот некоторые из факторов:

  • Изменчивость времени. Точное количество солнечных дней в южных регионах также неизвестно. Достоверно предсказать их количество в северных регионах практически невозможно.
  • Нарушения в приёме электроэнергии. Например, в северных регионах зимой короткий световой день, поэтому для освещения используется много переработанной солнечной энергии. Кроме того, зимой значительно снижается интенсивность солнечной радиации.
  • Периодические сбои. Как и все технические системы, солнечные панели могут время от времени выходить из строя из-за повреждения отдельных элементов, договорных соединений, защитных поверхностей и так далее

Поэтому узнать об эффективности можно только через определенный промежуток времени, минимум через год. Возможно, потребуется увеличить количество фотоэлементов или батареек, подумать о дополнительной теплоизоляции в доме и уменьшить отапливаемую площадь. Например, на севере Германии в целях экономии часто спальни вообще не отапливаются.

Уход за установленными фотоэлементами не требует специальных навыков и заключается в регулярной чистке: уборка снега зимой и мусора в жаркий период, ополаскивание стеклянной поверхности водой из шланга

Схема установки отечественной электростанции

Самый простой способ установить солнечный генератор – обратиться в компанию, которая продает компоненты системы и предлагает услуги по установке. Плюсы: профессиональный проект с учетом индивидуальных особенностей, гарантия на все изделия и установку, минус – большие затраты.

Если у вас есть соответствующий опыт, вы можете самостоятельно собрать мини-электростанцию ​​с солнечными батареями для отопления частного дома.

Наиболее эффективна гибридная схема устройства воздушно-солнечной системы, в которой солнечные элементы используются для получения энергии, коллекторы для нагрева воды, установлен дополнительный ветрогенератор. Возможность замены запасным источником питания (+)

Все детали для сборки системы отопления продаются в специализированных магазинах.

вам необходимо приобрести следующие комплектующие:

  • аккумуляторная батарея;
  • контроллер заряда, который регулирует процесс зарядки и разрядки аккумулятора;
  • инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
  • серия соединительных кабелей.
  • комплект кремниевых или пленочных солнечных модулей;

желательно, чтобы аккумуляторы были одинаковыми (с учетом марки, емкости и даже партии) и имели возможность запасать энергию в течение 3-4 дней. Продолжительность их работы зависит от температуры окружающей среды: в холодных условиях они быстро разряжаются. Если суточное потребление составляет 2400 Втч, требуются аккумуляторы общей емкостью не менее 1000 Ач.

При использовании автомобильных аккумуляторов помните, что их максимальный КПД составляет 70-75% (срок службы – 3 года), у специальных устройств для солнечных систем лучшую производительность – до 85% (срок службы – 10 лет). Часть энергии теряется при хранении и преобразовании

Качество тока, генерируемого синусоидальными инверторами для солнечных систем, выше, чем ток из централизованной сети. Особенностью оборудования является синхронизация фазы напряжения, при которой переход с 12 В на 220 В осуществляется без перебоев в работе бытовой техники.

Мощность инвертора: от 250 Вт до 6000 Вт и выше. Можно увеличить выходную мощность, отключив параллельное соединение нескольких устройств. Например, 3 x 3000 Вт = 9000 Вт (+)

После установки всех элементов гелиосистемы необходимо подключить к инвертору электробак, который нагревает воду, и, в свою очередь, трубопровод отопления к резервуару.

Коллекторная система отопления

Максимальной эффективности и экономичности можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых вода нагревается под воздействием солнечного излучения. Такая система более логична и естественна, так как не требует подогрева теплоносителя от других устройств.

Рассмотрим устройство и принцип работы устройств двух основных типов – плоских и трубчатых.

Плоский вариант своими руками

Конструкция плоских инсталляций настолько проста, что опытные мастера собирают поделки своими руками, покупая часть деталей в специализированном магазине, а часть сооружая из подручного материала.

Пластина, поглощающая солнечное тепло, закреплена внутри изолированного ящика из стали или алюминия. Чаще всего его покрывают слоем черного хрома. Верх радиатора защищен герметичной прозрачной крышкой.

Вода нагревается в трубках, помещенных змейкой и соединенных с тарелкой. Вода или антифриз попадает в воздуховод через вход, нагревается в трубах и движется к выходу – к выходу.

Светопропускание крышки достигается за счет использования прозрачного материала: закаленного стекла или прочного пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, поверхность стекла или пластика непрозрачна (+)

Есть два типа подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но есть большая разница в том, как теплоноситель будет подаваться в коллекторы: самотеком или с помощью помпы. Первый вариант признан малоэффективным из-за невысокой скорости движения воды, по принципу нагрева напоминает емкость для летнего душа.

Работа второго варианта происходит за счет подключения циркуляционного насоса, принудительно подающего теплоноситель. Источником энергии для работы насосного оборудования может быть солнечная энергетическая установка.

Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель 35-40 ºС. Для повышения эффективности системы отопления вместе с радиаторами используются «теплые полы» (+)

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий принцип работы напоминает работу плоских аналогов, но с одним отличием – теплообменные трубки с теплоносителем расположены внутри стеклянных колб. Сами трубки перьевые, запаянные с одной стороны и по внешнему виду напоминающие перья, и соосные (полые), вставленные друг в друга и запечатанные с двух сторон.

Теплообменники тоже бывают разные:

  • система преобразования солнечной энергии Тепловая труба;
  • обычная трубка для вытеснения теплоносителя П-образного типа.

Второй тип теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта – при выходе из строя одной трубы потребуется замена всей секции.

Тепловая трубка не является частью целого сегмента, поэтому ее можно заменить за 2-3 минуты. Неисправные коаксиальные элементы ремонтируются простым удалением заглушки и заменой поврежденного канала.

Схема, поясняющая цикличность процесса нагрева внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под действием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)

Проанализировав технические характеристики разных типов коллекторов и обобщив опыт их использования, мы решили, что плоские коллекторы больше подходят для южных регионов, а трубчатые – для северных. Установки с системой тепловых трубок оказались особенно эффективными в холодном климате. Они обладают теплотворной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.

Пример типовой схемы подключения солнечных коллекторов к котельному оборудованию: насосная станция циркулирует воду, контроллер регулирует процесс нагрева

Метод повышения продуктивности

Обычно после экспериментов с небольшим количеством солнечных модулей домовладельцы идут дальше и улучшают систему различными способами.

Самый простой способ – увеличить количество задействованных модулей, соответственно привлечь дополнительное пространство для их размещения и приобрести более мощное сопутствующее оборудование

Что делать, если не хватает свободного места? Вот несколько рекомендаций по повышению эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

  • Изменение ориентации форм. Элементы в движении относительно положения солнца. Проще говоря, установка основного корпуса панелей происходит с южной стороны. В светлое время суток также оптимально использовать поверхности, обращенные на восток и запад.
  • Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но иногда при установке необходимо внести свои коррективы с учетом географической широты.
  • Выберите правильное место для установки. Крыша подходит, потому что чаще всего это самый верхний этаж и не затеняется другими объектами (например, садовыми деревьями). Но есть и более подходящие участки: вращающиеся устройства для отслеживания солнца.

Когда элементы расположены перпендикулярно солнечным лучам, система работает более эффективно, но на устойчиво закрепленной поверхности (например, на крыше) это возможно только в течение короткого периода времени. Чтобы увеличить его, они изобрели практические устройства слежения.

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые вращаются своей плоскостью вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается примерно на 35-40% летом и на 10-12% зимой %

Большой недостаток устройств слежения – их дороговизна. В некоторых случаях это не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.

Подсчитано, что 8 панелей – это минимальное количество, при котором затраты окупятся со временем. Можно использовать 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Буквально на днях Tesla Motors объявила о создании крыши нового типа со встроенными солнечными батареями. Илон Маск сказал, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная крыша с установленными на ней коллекторами или модулями.

Выводы и полезные видео по теме

Тематические видеоролики помогут лучше представить себе устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты установки оборудования.

Видео № 1. Доступная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: