Популярность альтернативных источников энергии обусловлена возможностью экономии на топливе и созданием экологически чистых систем жизнеобеспечения. С помощью солнечной, ветровой и водной энергии обычный дачный домик может стать современным экодомом.
Расскажем о том, как организовать отопление в частном доме с помощью солнечных батарей, и обсудим его выгоды. Для полного понимания возможностей использования солнечной энергии мы подробно осветим все популярные варианты, получившие практическое применение и положительные отзывы.
Наши рекомендации помогут вам построить эффективный солнечный комплекс для дачи или загородного дома.
Для лучшего понимания сложной темы материал снабдили схемами, изображениями и видеоинструкциями.
Способы использования солнечной энергии
Методы применения энергии небесного светила Не относясь к инновационным технологиям, солнечное тепло используется давно и эффективно. В основном это касается Австралии, некоторых стран Европы, Америки и южных регионов, где альтернативную энергию можно получать круглый год.
В некоторых северных регионах из-за недостатка природного излучения его используют как дополнительный или резервный источник.
Солнечные батареи и коллекторы выполняют роль посредников между солнечным светом и генерирующим энергию устройством, отличаясь друг от друга как назначением, так и устройством.
Солнечные батареи накапливают энергию солнца и дают возможность ее использовать для работы бытовых приборов. Панели состоят из фотоэлементов с одной стороны и фиксирующего механизма с другой. Можно попробовать собрать батарею самому, но проще приобрести готовые элементы – ассортимент большой.
Солнечные коллекторы представляют собой часть отопительных систем домов.
Большие термоизолированные короба с теплоносителем, подобно батареям, устанавливают на возвышенных щитах, обращенных к солнцу, или на крыше.
Для повышения эффективности панель монтируют на динамические механизмы, напоминающие систему слежения: те поворачиваются вслед за движением солнца. Преобразование энергии происходит в трубках, находящихся внутри коробов.
Гелиосистемы отличаются от солнечных батарей тем, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электричество. Помещение можно обогреть и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства неэффективны и подходят только для районов с не менее 200 солнечных дней в году.
Преимущества и недостатки нестандартного варианта отопления
Солнечная система обладает не многими преимуществами, но каждое из них значимо и может послужить основой для частных исследований.
- Экологические достоинства. Это тёплое решение, безопасно для жителей дома и природы, не использующее привычные виды топлива.
- АвтономностьВладельцы систем независимы от стоимости ресурсов и состояния экономики страны.
- Экономичность. Сохранение традиционного отопления позволяет сократить расходы на горячее водоснабжение.
- ОбщедоступностьУстановить солнечные системы не требуется согласование с госучреждениями.
Есть и неблагоприятные обстоятельства, которые могут омрачить общее впечатление. Так, оценка эффективности работы системы займет значительное время — не меньше трёх лет (если солнечной энергии будет достаточно и ее эффективно использовать).
Пользователи отмечают следующие недостатки:
- Запуск системы требует дорогостоящего оборудования.
- Количество произведённого тепла напрямую зависит от места расположения и погодных условий.
- Для обеспечения непрерывности отопления необходим запасной источник тепла, такой как газовый котел; иногда резервным источником выступает гелиосистема.
Для повышения производительности необходимо постоянно проверять работоспособность коллекторов, избавлять их от мусора и препятствовать образованию наледи при заморозках. При частых понижениях температуры ниже 0ºС требуется дополнительная теплоизоляция не только компонентов гелиосистемы, но и всего дома.
Солнечная энергия для отопления
Главная задача фотоэлементов, накапливающих энергию, — снабжать дом электроэнергией. Для подключения их к схеме устройства отопительной системы Для достижения оптимальной работы требуется система с резервуаром для хранения.
В нем произойдет нагрева воды, которая при достижении заданной температуры потечет по трубам и радиаторам в нуждающихся в обогреве комнатах — гостиной и ванной.
Рассмотрим устройство солнечных батарей и выясним, могут ли они применяться для отопления.
Принцип работы панелей с фотоэлементами
Для изготовления солнечных батарей применяют три основных типа элементов.
- МонокристаллическиеЭто тонкие пластины кремния наивысшей чистоты, полученные при распиливании кристалла, выращенного искусственным способом. Самый эффективный тип с КПД примерно 17-18%. Рабочая температура находится в диапазоне от 5 до 25 градусов Цельсия.
- ПоликристаллическиеИзготавливают их из пластин, получаемых при медленном охлаждении расплавленного кремния. Производство таких элементов проще, но эффективность преобразования солнечной энергии у них значительно меньше — не более 12 %.
- Аморфные. Пленочные фотодиоды создаются методом испарительной фазы: кремний образует тонкую пленку и оседает на полимерной гибкой основе. Самый экономичный метод производства имеет самую низкую производительность, составляющую до 7 %.
В северных районах для обустройства независимых тепловых установок оптимальным считаются… фотоэлектрические батареиСостаренные из монокристаллов, но с аморфными модулями батареи проще устанавливать, мало зависят от основания и стоят значительно меньше.
Внешние элементы поглощают и преобразуют солнечные лучи в энергию. Высвободившаяся энергия поступает в аккумулирующий накопитель. Маленький элемент вырабатывает от 100 до 250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 квадратных метров снабжает электричеством небольшой дом. Для системы отопления потребуется энергии в два или три раза больше.
Инвертор преобразует постоянный ток от солнечных панелей в электрический ток переменного типа, поскольку бытовые приборы и осветительные приборы функционируют на нём.
Отопительная система с электрическим котлом для нагрева воды тоже функционирует на переменном токе. Для освещения в ночное время понадобятся аккумуляторы, которые аккумулируют солнечную энергию днем.
Эффективность использования фотоэлементов
Проще всего приобрести солнечные коллекторы И применить одну из простых, проверенных временем схем. Однако обстоятельства порой диктуют свои условия. Предположим, у вас есть отличная функционирующая рабочая система с солнечным генератором, но пока она служит для подачи электричества и обеспечения дома горячей водой.
Купить новое оборудование невыгодно, поэтому проще повысить мощность, приобретя несколько фотоэлектрических преобразователей. Недорогим вариантом станут кремниевые панели мощностью до 23-25%.
К источнику электропитания нужно подключить обогревательный прибор. Хорошим выбором может быть электрический котел с системой распределения тепла.
Правильно организованная подача электроэнергии позволит обеспечивать как горячим водоснабжением, так и отоплением. Дома, полностью отапливаемые электроэнергией, можно узнать по крышам, практически целиком покрытым панелями.
Для наращивания мощности иногда строят дополнительные конструкции, когда площади крыши недостаточно.
Независимо от того, насколько тщательно вы рассчитаете потенциальную энергию, невозможно оперативно построить эффективную и отработанную систему без учета непредвиденных трудностей.
Вот некоторые из факторов:
- Непостоянство погоды. Точное число солнечных дней неизвестно даже в южных регионах. В северных районах его сложно предугадать с уверенностью.
- Нерегулярность получения электричества. В северных районах из-за короткого светового дня зимой значительная часть переработанной солнечной энергии идет на освещение. Плюс к этому, интенсивность солнечного излучения в это время года заметно снижается.
- Периодические поломкиСолнечные панели, как и любые технические системы, иногда выходит из строя вследствие повреждений отдельных элементов, контактов или защитного покрытия.
Эффективность системы можно оценить лишь спустя год. Вероятно, потребуется модифицировать систему: добавить фотоэлементы или аккумуляторы, улучшить теплоизоляцию дома, уменьшить площадь обогрева. К примеру, в северных районах Германии спальни часто не отапливают для экономии энергии.
Схема установки домашней электростанции
Самый простой способ установки солнечного генератора Обращение в компанию, занимающуюся продажей системных компонентов и монтажом оборудования. Преимущества: проектирование под конкретные потребности, гарантия на все изделия и работы, недостатки: высокая цена.
При наличии опыта можно собственноручно создать мини-электростанцию на основе солнечных панелей для обогрева жилого дома.
В специальных торговых точках покупают все необходимые запчасти для установки системы обогрева.
Необходимо приобрести следующие компоненты:
- Набор кремниевых и пленkocных солнечных панелей.
- аккумуляторную батарею, накапливающую энергию;
- Устройство для управления процессом подзарядки и разряда аккумулятора.
- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- набор соединяющих кабелей.
Лучше всего использовать аккумуляторы одинаковые по марке, емкости и партии. Желательно чтобы они могли хранить энергию в течение 3-4 дней. Время работы зависит от температуры: в холодных помещениях батареи быстро разряжаются. При суточном потреблении 2400 Вт-ч, общее значение емкости батарей должно быть не менее 1000 А-ч.
Качество тока, вырабатываемого синусоидальными инверторами для солнечных системВышеуказанное оборудование демонстрирует ток, превышающий показатель централизованной сети. Синхронизация фазы напряжения – отличительная черта данного оборудования, обеспечивающая плавный переход от 12 В к 220 В без прерывания работы бытовых электроприборов.
Монтаж всей солнечной системы завершен после подключения к инвертору электрического бака для нагрева воды и к нему — трубопровода отопления.
Коллекторная система отопления
Для достижения максимальной эффективности и результативности стоит установить вместо солнечных батарей коллекторы – наружные установки, где под воздействием солнечного света нагревается вода.
Проанализируем устройство и работу приборов двух главных типов: плоских и трубчатых.
Плоский вариант для самостоятельного изготовления
Простой дизайн плоских установок позволяет мастерам изготавливать самоделки, закупая некоторые детали и делая другие из имеющихся материалов.
Внутри корпуса из стали или алюминия, усиленного утеплителем, размещена пластина, поглощающая солнечный свет. Часто поверхность пластины покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищён герметичным прозрачным колпаком.
В трубах, расположенных зигзагом и подключенных к пластине, греется вода или антифриз. Жидкость поступает в короб через входной патрубок, нагревается в трубках и выходит через выходной патрубок.
Есть два типа подключения: однотрубное и двухтрубное. В выборе разницы нет. Но существенная разница в способе подачи теплоносителя к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант неэффективен из-за медленной скорости передвижения воды, по принципу нагрева похож на емкость для летнего душа.
Второй вариант работает за счет циркуляционного насоса, доставляющего теплоноситель под давлением. Источником энергии для насоса может служить система, работающая на солнечных батареях.
Трубопроводные системы — оптимальный выбор для холодных областей.
Принцип работы схож с плоскими аналогами, но внутри стеклянных колб находятся теплообменные трубки с теплоносителем. Трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и по форме напоминающими перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.
Теплообменники также бывают разными:
- Солнечная энергетика, преобразуемая в тепловой поток с помощью тепловых трубок.
- Стандартная конструкция трубы для транспортировки теплоносителя, имеющая форму буквы «У».
Второй тип теплообменников работает эффективнее, но не пользуется большим спросом из-за высоких расходов на ремонт: при поломке одной трубки требуется замена всей секции.
Трубка Heat-pipe не входит в общий блок, поэтому её замена занимает 2-3 минуты. Неисправные коаксиальные части восстанавливают, просто снимая заглушку и меняя повреждённый канал.
Проанализировав технические характеристики коллекторов разных типов и обобщив опыт их использования, пришли к выводу, что для южных областей лучше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо себя зарекомендовали в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Такие установки обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.
Метод увеличения производительности
Владельцы частных домов, начав с малого количества солнечных модулей, часто продолжают усовершенствовать установку.
Как повысить эффективность солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами) при недостатке свободного пространства?
- Изменение ориентации модулей. Расположение солнечных панелей должно быть ориентировано на южную сторону для максимально эффективного использования солнечного света. В случае продолжительного светового дня целесообразно использовать поверхности, обращенные на восток и запад.
- Регулировка угла наклона. Производитель рекомендует некоторый угол установки (к примеру, 45 градусов), однако при установке иногда нужно делать изменения, учитывая местоположение.
- Правильный выбор места установки. Крыша часто выступает в качестве оптимального места из-за своей высоты и отсутствия тени от окружающих объектов, например деревьев. Однако есть и другие подходящие участки – солнечные трекеры.
При взаимно перпендикулярном положении элементов к солнечным лучам система функционирует эффективнее. Однако на устойчивой опоре (к примеру, крыше), подобное достижение сохраняется недолго. Для увеличения времени работы созданы конструкции для отслеживания солнца.
Высокая цена устройств слежения может стать препятствием к покупке, так как возврат инвестиций не всегда гарантирован, и это может привести к бессмысленным расходам.
Для окупаемости инвестиций требуется не менее 8 панелей. Можно использовать 3 или 4 модуля, если те будут подключаться напрямую к водяному насосу, минуя аккумуляторы.
Недавно компания Tesla Motors представила новый тип крыши с встроенными элементами. солнечными батареямиИлон Маск утверждает, что крыша с модификациями обойдется дешевле традиционной кровли с установленным оборудованием для сбора энергии.
Выводы и полезное видео по теме
Видеоролики на разные темы покажут, как устроены домашние солнечные станции, и расскажут о некоторых хитростях установки оборудования.
Видео #1. Представлена ясная информация о солнечных панелях и зарядных контроллерах.
Опыт применения солнечных батарей в Московской области, представленный в видеоролике #2.
Видео #3 демонстрирует работу функционирующей солнечной станции, собранной своими руками. Станция обеспечивает как горячее водоснабжение, так и отопление дома.
Обогревающая система на солнечных панелях — действительность, которую можно реализовать своими руками. Альтернативные источники энергии непрерывно совершенствуются, может быть, в будущем узнаем о новейшем открытии.
Активно высказывайте своё мнение о материале. Расскажите о своём отношении к «зелёной энергетике», поделитесь опытом в установке систем из солнечных батарей и новостями, которые вам неизвестны другим. Делайте это в блоке ниже.