16 января, 2021

Отопление частного дома солнечными батареями: схемы и устройство

Причины популяризации экологически чистых источников энергии вполне объяснимы: есть возможность сэкономить на топливе и осуществить мечты об чистых в экологическом плане системах обеспечения жизни. Мастерски применяя солнечную энергию, ветра и воды, можно обычный домик на даче превратить в современный экодом.

Попытаемся разобраться, возможно ли в приватизированном доме оснащать теплоснабжение на батареях которые работают от солнечных лучей и насколько это выгодно.

Способы применения энергии солнца

Способы использования энергии небесного светила не относятся к технологическим технологиям, тепло солнца применяют давно и очень удачно. Но это касается, как правило, Австралии, отдельных Европейских стран, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать на протяжении круглого года.

Некоторые северные области испытуют дефицит естественного излучения, благодаря этому его используют в качестве добавочного или запасного варианта.

Посредниками между лучами солнца и образующим энергию механизмом являются фотоэлектрические панели или коллекторы, которые выделяются и назначением, и системой.

Батареи аккумулируют солнечную энергию и дают возможность применять ее для питания бытовых электроприборов. Они собой представляют панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом со второй. Можно эксперементировать и собрать батарею собственными силами, но легче приобрести готовые детали – подбор очень широк.

Гелиосистемы (солнечные коллекторы) служат частью системы для отопления дома. Большие утепленные короба с тепловым носителем, как и батареи, прикрепляют на поднятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Считать, что полностью все северные регионы получают значительно короче естественного тепла, чем южные, неправильно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных деньков на порядок выше, чем в расположившейся южнее Англии

Для увеличения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнечного света. Процесс изменения энергии происходит в трубках, размещенных в середине коробов.

Основное отличие гелиосистем от фотоэлектрических панелей в том, что первые греют тепловой носитель, а вторые аккумулируют электрическую энергию. Имеется возможность прогревать помещение и при помощи фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и годятся исключительно для тех для районов, где солнечных деньков в году не меньше 200.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Схема устройства системы для отопления с солнечным коллектором, подключенным к накопительному электрическому водонагревателю, и запасным источником электрической энергии (к примеру, котлом на газу), работающем на классическом топливе (+)

Преимущества, и недостатки альтернативной системы для отопления

Положительных качеств у солнечной системы отопления не очень много, но любое из них весомо и будет причиной для приватных экспериментов:

  • Экологические положительные качества. Это безопасный для жителей дома и находящейся вокруг природы, чистый тепловой источник, который не требует использования классических видов топлива.
  • Автономность. Хозяева систем вовсе не зависят от расценок на источники энергии и от экономичной обстановки в государстве.
  • Экономность. При сохранении классической системы для отопления возникает возможность сократить затраты на оплату горячего водообеспечения.
  • Общедоступность. Для установки солнечных систем не надо разрешения из государственных инстанций.

Однако есть и плохие моменты, способны повредить единую картину. К примеру, для определения рабочей эффективности системы понадобится длительный период – не меньше 3 лет (при условиях, что энергии солнца достаточно и она применяется активно).

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Установка только солнечных модулей попросит больших вложений: очень доступные кремниевые панели обходятся не меньше 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные детали первой категории – до 17000 за штуку. Просчитать цену 30 модулей очень легко (+)

Клиенты отмечают следующие недостатки:

  • большие цены на оборудование, нужное для запуска системы в эксплуатирование;
  • прямая зависимость количества произведенного тепла от расположения и погоды;
  • обязательное наличие запасного источника, к примеру, котла на газу (в действительности очень часто резервной оказывается гелиосистема).

Дабы достичь большей отдачи, приходится постоянно смотреть за исправностью коллекторов, чистить их от мусора и оберегать от образования наледи в заморозки. Если температура нередко опускается ниже метки 0?С, необходимо побеспокоится о добавочной теплоизоляции не только компонентов гелиосистемы, но и дома в общем.

Подойдут ли солнечные отопительные батареи

Основное назначение фотоэлементов, накопляющих энергию, находится в обеспечении дома электротоком. Дабы включить их в схему устройства системы для отопления и достичь хорошего функционирования, нужно собрать цепь с накопительным бачком. Собственно в нем произойдет водонагрев, которая, достигнув конкретной температуры, заполнит трубы и радиаторы в требующих обогревания помещениях (гостевой, ванной).

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Система, работающая от энергии солнца, с двухконтурным бачком, организующим нагрев и подачу горячей воды в 2-ух направлениях: в радиаторы отопления и к точкам разбора (+)

Попробуем разобрать особенности конструкции фотоэлектрических панелей и определить их возможную роль в системе отопления.

Как работают панели с фотоэлементами

Есть три популярных вида компонентов для устройства фотоэлектрических панелей:

  • Монокристаллические. Это тонкие пластины намного более чистого кремния, нарезанные из выращенного в искусственных условиях кристалла. Самая производительная разновидность с КПД около 17-18 %. Комфортная температура для эксплуатирования – от 5 ?С до 25 ?С.
  • Поликристаллические. Сделаны из пластин, обретенных при постепенном охлаждении кремниевого расплава. Технологиях их изготовления менее сложная в работе, но и КПД фотоэлектрических компонентов из поликристалла значительно ниже — не больше 12 %.
  • Аморфные. Они же пленочные. Сделаны способом испарительной фазы, из-за которого кремний в виде тонкой пленки садится на полимерной пластичной основе. Очень недорогой производственный метод комбинируется с намой невысокой работоспособностью, исчисляемой до 7 %.

Для установки независимых систем отопления на севере наиболее приемлемым вариантом считают солнечные панели, собранные из монокристаллических компонентов. Однако батареи с аморфными модулями легче в установке, почти не требовательны к основе и намного дешевле.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Монокристаллический модуль состоит из постепенно подключенных компонентов, соединенных в модули. Несколько модулей формируют фотоэлектрическую панель. Темная поверхность фотоэлектрических гелиосистем оптимизирует поглощение лучей солнца

Задача внешних компонентов – поглощать и преобразовывать лучи солнца. Высвобожденная энергия поступает дальше и сосредотачивается в накопляющем накопителе. Не очень большой компонент даёт около 100-250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 м? обеспечивает электротоком не очень большой домик. Для устройства системы отопления понадобится энергии в несколько раз больше.

В роли преобразователя непрерывного тока солнечного «производства» в электричество выступает преобразователь напряжения, так как для работы бытовых электрических приборов и источников освещения нужен электрический ток. Если говорить непосредственно о системе отопления, то электрокотел чтобы нагреть воду также работает на переменном токе. Для оснащения дома светом ночью понадобятся аккумуляторы, сохраняющие дневные залежи.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Инверторные модули устанавливают в комфортном для обслуживания месте, хотя он не нуждается в регулярном управлении и действует в режиме автомат

Результативность применения фотоэлементов

Большого труда не составит приобрести солнечные коллекторы и применить одну из обычных, проверенных годами схем. Однако ситуации порой диктуют собственные условия. Предположим, у вас есть замечательная функционирующая рабочая система с солнечным генератором, однако пока она служит для подачи электричества и оснащения дома горячей водой.

Ясно, что приобретать новое оборудование невыгодно, благодаря этому легче расширить мощности, прикупив определенное количество фотоэлектрических преобразователей. Экономный вариант – кремниевые панели с работоспособностью до 23-25%. К источнику тока нужно присоединить прибор отопления, действующий на электричестве. Многофункциональный вариант – котел, оборудованный распределительной разводкой.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Полимерные пленочные детали на рынке России встречаются очень редко, чем кремниевые моно- и поликристаллические аналоги. Они удобны для установки, но владеют невысоким КПД – всего 6 %

Если правильно организовать подачу электрической энергии, ее должно хватить и для систем с горячим водоснабжением, и для отапливания. Есть варианты, когда дом полноценно гарантирован теплом – его узнать можно по крыше, почти что полноценно покрытой панелями. Порой требуется сооружение специализированных отдельно стоящих конструкций, если площади кровли не хватает. Выходит, что с целью увеличения мощности нужна добавочная свободная площадь.

Даже самые подробные расчеты не помогут вам определить точное кол-во возможной энергии и быстро создать эффектную, отлаженную систему. А дело все в том, что в действительности появляются препятствия, возникновение которых предугадать очень тяжело. Вот некоторые из факторов:

  • Непостоянство погоды. Четкое кол-во солнечных деньков неизвестно даже в южных областях. Достоверно предсказать их количество в районах севера как правило невозможно.
  • Нерегулярность получения электричества. К примеру, на севере в зимний период короткий световой день, благодаря этому много переработанной энергии солнца уходит на освещение. Более того интенсивность излучения солнца зимой значительно уменьшается.
  • Периодические неполадки. Как и все технические системы фотоэлектрические батареи могут иногда выходить из строя из-за повреждения индивидуальных элементов, контрактных соединений, защитной поверхности и т.д.

Поэтому, об эффективности вы можете выяснить только через особый временной промежуток, минимум – через год. Возможно, придется расширить кол-во фотоэлементов или аккумуляторов, взвесить добавочную тепловую изоляцию дома, сделать меньше отапливаемую территорию. Предположим, в районах севера Германии для экономии комнаты для сна нередко не обогреваются вообще.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Обслуживание установленных фотоэлементов не просит специализированных способностей и состоит в постоянной чистке: снегоуборке в зимний период и мусора в тёплый период, промывании стеклянной поверхности водой из шланга

Установочная схема домашней электрические станции

Самый обыкновенный вариант установки солнечного генератора – обращение в компанию, реализующую системные элементы и предлагающую услуги по их процессу установки. Плюсы – профессиональный проект с учетом характерных особенностей, гарантия на всю продукцию и установку, минус – большая цена. Если вы имеете подходящий опыт, можно самим собрать мини-электростанцию с фотоэлектрическими панелями для отапливания частного строения.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Самой лучшей считается гибридная схема устройства воздушно-солнечной системы, в которой использованы фотоэлементы для получения энергии, коллекторы для нагрева воды и дополнительно поставлен ветрогенератор (его можно сменить резервным топливным источником)

Все детали системы обогрева реализовываются в специальных магазинах. Стоит купить следующие элементы:

  • набор кремниевых или пленочных солнечных модулей;
  • батарею аккумулятора, накапливающую энергию;
  • контроллер заряда, выверяющий процесс зарядки-разрядки аккумулятора;
  • преобразователь напряжения, преобразующий постоянный ток в переменный;
  • комплект объединяющих кабелей.

Будет лучше, дабы аккумуляторы были похожими (с учетом марки, емкости и даже партии) и могли сохранять энергию в течении 3-4 дней. Длительность их работы зависит от температуры помещения – в холодных условиях они быстренько разряжаются. Если суточное употребление равно 2400 Вт-ч, нужны батареи общей емкостью не меньше 1000 А-ч.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

При эксплуатации аккумуляторов для автомобиля не забывайте, что их самая большая результативность – 70-75 % (служебный срок – 3 года), специализированные приспособления для солнечных систем имеют отличные показатели – до 85% (служебный срок – 10 лет). Определенное количество энергии теряется в процессе хранения и изменения

Качество тока, вырабатываемого синусоидальными преобразователями напряжения для солнечных систем, выше показателей тока из централизованной сети. Характерность оборудования находится в синхронизации фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В выполняется без перерыва в функционировании бытовых электроприборов.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Мощность преобразователей напряжения – от 250 Вт до 6000 Вт и выше. Нарастить мощность на выходе можно пустеем параллельного подсоединения нескольких приборов (к примеру, 3 х 3000 Вт = 9000 Вт)

После монтажных работ всех компонентов солнечной системы нужно к преобразователю напряжения присоединить электрический бачок, нагревающий воду, а к бачку, со своей стороны, трубопровод теплоснабжения.

Коллекторная система обогрева

Самой большой эффективности и отдачи можно достичь, установив взамен солнечных модулей коллекторы – внешние установки, в которых под воздействием излучения солнца происходит водонагрев. Подобная система считается более логической и естественной, так как не попросит нагревания теплового носителя иными устройствами. Рассмотрим конструкцию и рабочий принцип приборов 2-ух главных видов: плоских и трубчатых.

Плоский вариант для самостоятельного изготовления

Конструкция плоских установок до такой степени проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги собственными руками, часть деталей купив в специальном магазине, часть соорудив из материала который находится под рукой.

В середине стального или металлического теплоизолированного короба закреплена пластина, адсорбирующая тепло солнца. Очень часто она покрыта слоем черного хрома. Сверху поглотитель тепла защищен герметичной светопропускающей крышкой. Водонагрев происходит в трубках, уложенных змейкой и скреплённых с пластиной. Вода или антифриз поступает в середину короба через впускной отрезок трубы, нагревается в трубках и передвигается на выход – к выпускному отрезку трубы.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Способность пропускать свет крышки поясняется применением светопропускающего материала – крепкого сталинита или пластика (к примеру, поликарбонатного материала). Дабы лучи солнца не отображались, стеклянную или поверхность из пластика матируют (+)

Есть несколько видов подсоединения, однотрубное и двухтрубное, большой разницы в подборе нет. Но есть существенная разница в том, каким вариантом тепловой носитель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с применением насоса. Первый вариант признали малоэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для душа летом.

Функционирование варианта номер происходит за счет подключению насоса циркуляционного, который подает тепловой носитель в принудительном порядке. Энергетическим источником для работы насосного оборудования может стать энергосистема на батареях которые работают от солнечных лучей.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Температура теплового носителя при нагревании солнечным коллектором может достигать 45-60 ?С, на выходе самый большой показатель – 35-40 ?С. Для увеличения эффективности работы системы для отопления вместе с радиаторами применяют «полы с подогревом»

Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов

Общий рабочий принцип напоминает функционирование плоских заменителей, однако с одной разницей – теплообменные трубки с тепловым носителем находятся в середине колб из стекла. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и наружным видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с двух сторон.

Трубные змеевики также могут быть очень разными:

  • система изменения энергии солнца в тепловую Heat-pipe;
  • обыкновенная трубка для движения теплового носителя U-type.

Второй вид теплообменных аппаратов признали более успешным, однако недостаточно распространенным из-за стоимости ремонта: при поломке одной трубки придется делать замену всей части. Трубка Heat-pipe не считается частью целого сегмента, благодаря этому заменить ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные детали ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив повреждённый канал.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса в середине вакуумных трубок: прохладная жидкость под влиянием тепла солнца нагревается и выветривается, уступая место следующей порции холодного теплового носителя (+)

Проанализировав технические специфики коллекторов различного типа и подитожив опыт их применения, решили, что для южных областей лучше подойдут плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Достаточно хорошо себя зарекомендовали в условиях жёсткого климата установки с системой Heat-pipe. Они владеют нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» небольшим количеством солнца.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Образец типовой схемы подсоединения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: станция насосная обеспечивает движение воды по замкнутому контуру, контроллер изменяет процесс нагревания

Как расширить продуктивность

В большинстве случаев, поэкспериментировав с минимумом солнечных модулей, хозяева приватных домов идут дальше и улучшают систему всевозможными вариантами.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Самый обыкновенный метод – это повышение количества задействованных модулей, исходя из этого, привлечение добавочных площадей для их локации и покупка более мощного необходимого оборудования

Что сделать, если есть дефицит доступной площади? Вот пару рекомендаций для увеличения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):

  • Изменение ориентации модулей. Перемещение компонентов относительно положения солнечного света. Говоря проще, установка весомой части панелей с южной стороны. При длинном световом дне также функционально использовать поверхности, выходящие на восток и запад.
  • Регулировка наклонного угла. Изготовитель в большинстве случаев указывает, какой угол считается самым предпочтительным (к примеру, 45?), однако иногда при установке приходится вносить собственные корректировки с учетом географической широты.
  • Грамотный выбор места установки. Крыша подходит, так как очень часто считается самой высокой плоскостью и не затеняется иными объектами (предположим, садовыми деревьями). Но еще существуют намного лучшие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.

При перпендикулярном расположении компонентов к солнечным лучам система работает намного эффективнее, однако на стабильно закрепленной поверхности (к примеру, крыше) это реально лишь не надолго. Дабы его сделать больше, выдумали <функциональные устройства слежения.

отопление, батарея, устройство, отопительной системы, солнечной энергии

Механизмы слежения – это динамические платформы, которые собственной плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Из-за них продуктивность генератора становится больше летом приблизительно на 35-40%, в зимний период – на 10-12 %

Весомым минусом устройств слежения считается их большая цена. В большинстве случаев она не возмещается, благодаря этому нет смысла вкладываться в ненужные механизмы. Подсчитано, что 8 панелей – небольшое количество, при котором расходы на протяжении какого-то времени оправдают себя. Можно применить и 3-4 модуля, но есть одно условие: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.

Практически пару дней назад компания Тесла Моторс объявила о создании современного типа крыши – с интегрированными фотоэлектрическими панелями. Илон Маск объявил, что модифицированная крыша обойдется дешевле, чем обыкновенная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.

Нужное видео по теме

Стилистические видеоролики помогут вам лучше представить приспособление домашних солнечных станций и раскроют определенные хитрости процесса установки оборудования.

Доступно изложенная техническая информация о фотоэлектрических панелях и контроллерах заряда:

Практичный опыт применения фотоэлектрических панелей в Подмосковье:

Схема и применение на практике СЭС с 2-мя полями:

Пример удачно работающей солнечной станции, полноценно собранной собственными силами, обеспечивающей и ГВС, и теплоснабжение дома:

Как можно заметить, система отопления на батареях которые работают от солнечных лучей – вполне реальное явление, которое вы можно самим осуществить. Сфера других вариантов получения энергии развивается регулярно, возможно, на следующий день вы услышите о новом открытии.

Установка солнечных батарей для отопления помещений


Добавить комментарий