Какие бывают солнечные батареи для отопления дома – виды, особенности, преимущества и недостатки

Постоянное развитие альтернативных источников энергии и удешевление техники сделали их достаточно популярными среди владельцев частных домов. Инновационные методы производства энергии позволяют использовать в качестве сырья неограниченные и экологически чистые природные ресурсы: воду, ветер и солнечный свет.

Солнечные панели используются для использования энергии Солнца, которые накапливают и преобразуют полученный заряд в энергию необходимого типа. Такие устройства также отлично подходят для обогрева частного дома; нужно просто правильно собрать и настроить систему. О том, как использовать солнечные батареи для обогрева дома, и пойдет речь в этой статье.

Способы применения солнечной энергии

Технологии, использующие солнечную энергию, кажутся новыми только в контексте более традиционных систем. Солнечное тепло уже давно активно перерабатывается в тепловую и электрическую энергию, особенно в тех странах, где солнце светит круглый год. В северных странах с этим сложнее, но и здесь используют солнечную энергию, так как ее можно использовать как резервный источник питания.

Для сбора солнечной энергии используются два типа устройств:

1. Солнечные панели. Эти устройства накапливают собранную энергию и позволяют использовать ее для питания электроприборов. Солнечные батареи представляют собой панели, на лицевой стороне которых установлены фотоэлементы, а на другой стороне запорный механизм. Солнечная батарея для отопления дома конструктивно не очень сложна, поэтому эти элементы иногда собираются самостоятельно, но гораздо проще и надежнее приобрести готовые устройства.
2. Солнечные коллекторы. Этот тип устройства предназначен для включения в систему отопления. Такие конструкции представляют собой короба с теплоизоляцией, в которых проходит теплоноситель. Коллекторы устанавливаются на крыше или в специальных протекторах с той стороны здания, которая получает больше солнечного света. Чтобы повысить эффективность поглощения энергии, системы вращаются в соответствии с направлением солнечных лучей.

Разницу между коллекторами и солнечными панелями можно увидеть в их конструкции. Коллекторы (солнечные системы) используются непосредственно для нагрева хладагента, а батареи собирают энергию для преобразования ее в электричество. Конечно, для обогрева дома можно использовать и солнечные батареи, но такая схема достаточно неудобна и требовательна к климатическим условиям: для нормального отопления должно быть не менее 200 солнечных дней в году.

Достоинства и недостатки солнечного отопления

К преимуществам систем солнечного отопления можно отнести следующие качества:

1. Доброта к окружающей среде. Поглощение и преобразование солнечной энергии происходит без выделения вредных веществ, поэтому можно говорить о полной экологической чистоте данного типа систем.
2. Автономия. Солнечное тепло совершенно бесплатно, что позволяет не думать о нынешнем уровне цен на энергоносители и необходимости доводить их до частного дома.
3. Экономическая эффективность. Сочетание традиционного и альтернативного отопления позволяет значительно сэкономить при эксплуатации. Если использовать только солнечное отопление, все затраты сводятся к приобретению необходимых элементов системы и их обслуживанию.
4. Доступность. Солнечные коллекторы и батареи не нуждаются в согласовании с каким-либо государственным органом, так как работа таких систем автономна и не представляет никакой опасности.

Среди недостатков в основном выделяют следующие качества:

1. Долгий период для определения эффективности. Чтобы понять, насколько эффективна и рентабельна солнечная система в конкретных условиях эксплуатации, она должна проработать не менее 3 лет.
2. Высокая стоимость оборудования. Солнечные батареи и комплектующие к ним сегодня достаточно дороги, поэтому без значительных первоначальных вложений не обойтись.
3. Зависимость от внешних условий. Если климат в географическом месте, где установлены коллекторы, не отличается большим количеством солнечных дней, то установка солнечных устройств может быть даже нецелесообразна.
4. Необходимость резервного отопления. Чтобы система отопления была надежной, ее необходимо удвоить (солнечное отопление обычно выступает в качестве резервного контура).
5. Требование технического обслуживания. Солнечные коллекторы должны получать качественное обслуживание, постоянно проводя профилактические и очистительные работы. Запускать систему при отрицательных температурах можно только в том случае, если он и дом имеют надежную защиту от холода.

Если преимущества солнечного оборудования кажутся слишком важными, а недостатки некритичными, то рассматриваемые устройства подходят для обеспечения дома электричеством и теплом наилучшим образом.

Солнечные батареи для отопления

Использование солнечных батарей для организации системы отопления имеет ряд нюансов. Все дело в том, что такие устройства в первую очередь предназначены для сбора энергии, которая затем преобразуется в электрическую энергию. Чтобы сделать отопление с помощью солнечной энергии, вам нужно будет собрать систему, подключенную к накопительному баку; именно в этом конструктивном элементе будет производиться нагрев теплоносителя.

Чтобы понять, можно ли выгодно использовать солнечные батареи для обогрева дома зимой, нужно рассмотреть виды этих устройств, их эксплуатационные характеристики и способы использования.

Виды и конструкция солнечных панелей

Существует три основных типа солнечных батарей:

1. Монокристаллический. Рабочим элементом таких устройств являются тонкие пластины из искусственно выращенного чистого кремния. КПД таких плит в лучшем случае достигает 17-18%. Наиболее комфортная рабочая температура от 5 до 25 градусов.
2. Поликристаллический. Рабочим элементом являются пластины, которые получают в результате постепенного охлаждения расплавленного кремния. Этот способ изготовления проще предыдущего, но и КПД соответствующий: в лучшем случае он достигает 12%.
3. Аморфный (фильм). Для производства этого типа батарей кремний испаряется и осаждается в виде тонкой пленки на полимерной основе. Дешевизна производства и простота изготовления таких устройств напрямую связаны с КПД: КПД аморфных аккумуляторов не превышает 7%.

В странах с преимущественно холодным климатом чаще используются солнечные панели, изготовленные из монокристаллических рабочих ячеек. Однако выбор наиболее подходящего типа нельзя считать очевидным: пленочные модули гораздо удобнее в установке, не предъявляют особых требований к основанию, стоят значительно дешевле.

Внешние аккумуляторные элементы предназначены для сбора и преобразования солнечной энергии, которая затем будет передаваться на привод. Небольшие индивидуальные батареи вырабатывают около 100-250 Вт мощности, а сборно-разборные модульные конструкции площадью 25-30 м2 могут обеспечить электроэнергией небольшой жилой дом. Для того чтобы использовать солнечные панели для обогрева дома, его площадь должна быть в несколько раз больше указанной величины.

Инвертор используется для преобразования солнечного света в электричество. Необходимость его установки обусловлена ​​тем, что электрические устройства используют только переменный ток. Это же правило распространяется и на электронагревательное оборудование. Для того, чтобы система круглосуточно обеспечивала питание дома, ее необходимо в обязательном порядке дополнить аккумуляторами, позволяющими накапливать электроэнергию.

Эффективность

Чтобы использовать солнечную энергию для отопления частного дома, будет гораздо проще собрать схему из коллекторов, но это не всегда возможно, поэтому нужно рассмотреть другие варианты. Например, на участке уже может быть работающая система солнечных батарей, которая используется только для обеспечения дома электричеством и горячей водой.

Приобретать новое оборудование в таких условиях будет слишком невыгодно из-за его дороговизны. Для обеспечения обогрева дома солнечными панелями лучшим решением будет увеличение мощности модульной системы. Самый простой вариант – купить несколько дополнительных силиконовых панелей и подключить их к системе электрокотла отопления.

Правильное распределение электрической энергии обеспечит как система горячего водоснабжения, так и отопительный контур. Чтобы иметь достаточно энергии для всего, вам понадобится много солнечных панелей: отдельно стоящие здания, которые используют только солнечную энергию, обычно полностью покрыты фотоэлектрическими панелями. Мощность солнечных батарей необходимо рассчитать заранее. Часто необходимо выполнить дополнительную конструкцию, на которую будут устанавливаться панели.

Невозможно определить эффективность солнечной системы до ее использования, поэтому все расчеты носят приблизительный характер. Сложность предварительных расчетов связана с тем, что существует множество факторов, влияние которых на эффективность сбора энергии рассчитать невозможно. Конечно, при наличии определенного опыта можно сделать более-менее точный расчет, но такой опыт есть только у профессионалов, специализирующихся на проектировании и монтаже солнечных систем.

Наибольшее влияние на эффективность системы оказывают следующие факторы:

• Климатическая нестабильность – определить заранее количество солнечных дней невозможно даже в солнечных регионах, не говоря уже о северных районах;
• Нестабильное энергопотребление, которое также зависит от географического положения здания, получающего тепло и электроэнергию от солнечного света;
• Возможность отказа системы: сложность конструкции свидетельствует о том, что она будет часто ломаться, а в некоторых случаях определить неисправность сложно.

Вы можете узнать, насколько эффективны солнечные панели, только после того, как они будут использоваться в течение некоторого времени. На основании анализа работы системы можно будет решить, нужно ли устанавливать дополнительные фотоэлементы или аккумуляторы. Кроме того, стоит оценить несколько дополнительных параметров; например, если потери тепла слишком велики, то систему можно оптимизировать, улучшив теплоизоляцию всего дома.

Установка домашней солнечной электростанции

Самое простое решение, которое сразу приходит на ум, — обратиться в компанию, специализирующуюся на продаже и установке солнечных генераторов. У такого решения много преимуществ: специалисты смогут подготовить индивидуальный проект, более подходящий для конкретных условий эксплуатации, а на купленное и установленное оборудование будет выдана гарантия. Недостатком этого решения является слишком высокая стоимость работ.

Однако собрать домашнюю солнечную электростанцию ​​можно и самостоятельно, но для этого потребуется немалый опыт, а также немалое количество труда и времени. Кроме того, необходимо будет понять, какие элементы нужны для оснащения системы и как они между собой взаимодействуют.

Набор элементов для установки солнечного отопления следующий:

• Сборка солнечного модуля;
• Аккумуляторная батарея;
• Контроллер заряда;
• Инвестор;
• Транспонированный.

Батареи желательно подбирать с одинаковыми характеристиками. Хорошие аккумуляторы могут хранить энергию примерно 3-4 дня, и этот параметр тоже стоит учитывать, как и то, что в холодном помещении устройства разряжаются намного быстрее. Для ежедневного потребления 2400 Втч общая емкость аккумулятора должна быть не менее 1000 Ач.

Инверторы, применяемые для солнечных систем, имеют возможность синхронизировать фазу напряжения, в результате чего преобразование из 12 В в 220 В происходит без малейших задержек, благодаря чему электроприборы не испытывают лишней нагрузки. Централизованные электросети не могут похвастаться таким качеством, поэтому солнечные генераторы в этом плане намного удобнее и надежнее.

Собрав каждый элемент солнечной энергосистемы, необходимо завершить работу. Для этого нужно подключить к системе электрический накопитель, в котором солнце будет нагревать воду. Аккумулятор дополнительно подключается к отопительному контуру здания, обеспечивая тем самым его нагрев; например, теплый пол вполне можно запитать от солнечной панели достаточной мощности.

Коллекторное отопление дома

Конечно, можно собрать систему отопления на солнечной энергии, но гораздо удобнее и практичнее использовать изначально предназначенные для отопления элементы – солнечные коллекторы. Такие устройства обеспечивают прямой нагрев воды с помощью солнечной энергии и в этой цепочке отсутствуют посредники.

Собирательные конструкции бывают двух видов:

• Отделение;
• Трубчатый.

Каждую систему необходимо рассмотреть более подробно, чтобы осознанно выбрать наиболее подходящий вариант для конкретной ситуации.

Плоская коллекторная установка

Конструктивно плоские солнечные радиаторы для отопления дома предельно просты. В некоторых случаях такие системы частично собираются опытными мастерами из подручных материалов. Конечно, полностью обойтись без готовых элементов очень сложно, но даже небольшая экономия при должном опыте может быть оправдана.

Устройство плоского коллектора представляет собой изолированную металлическую коробку, в которой находится пластина, поглощающая солнечную энергию (чаще всего скрытая под слоем черного хрома). Сверху эта часть конструкции закрыта герметичной прозрачной крышкой. Вода нагревается в трубках, расположенных змейкой и соединяющихся с пластиной.

Возможно подключение коллекторного отопления как по однотрубной, так и по двухтрубной схеме; Принципиальных различий в работе обеих схем нет. Гораздо важнее способ циркуляции охлаждающей жидкости. Самотечные системы считаются неэкономичными из-за малой скорости движения воды по всему контуру. Принудительная циркуляция, которую обеспечивает насос, более эффективна, поэтому ее применяют в подавляющем большинстве систем.

Трубчатая коллекторная установка

По принципу действия трубчатые солнечные тепловые панели аналогичны своим плоским аналогам, но есть одно существенное отличие: трубки, заполненные теплоносителем, размещены внутри стеклянных банок. В системе могут использоваться перьевые трубки, закрытые с одной стороны, и коаксиальные, которые вставляются друг в друга и запаиваются с двух сторон.

Также стоит отметить типы используемых теплообменников:

• Система преобразования солнечной энергии в тепловую Тепловая труба;
• Стандартные трубки для перекачки воды U-образного типа.

Второй тип теплообменников считается более эффективным, но у него есть серьезный недостаток – высокая стоимость ремонта, что связано с необходимостью замены всего агрегата при повреждении одной трубки. С трубками первого типа в этом плане намного проще, так как они независимы друг от друга, что позволяет при необходимости заменить каждый отдельный элемент конструкции.

Подводя итог рассмотрению плоских и трубчатых коллекторов, можно сделать следующие выводы: в теплых регионах плоские коллекторы намного выгоднее, а для северных регионов лучше подбирать трубчатые устройства. В суровых климатических условиях системы с тепловыми трубками работают лучше и хорошо работают даже в условиях низкой освещенности.

Повышение эффективности солнечных модулей

Эффективность солнечных систем можно повысить одним из следующих способов:

1. Измените расположение модулей. Иногда для повышения эффективности будет достаточно правильно расположить модули по отношению к вектору направленности солнечных лучей. Обычно это требует развертывания всех модулей на юге. Если день в регионе длинный, можно также использовать поверхности, выходящие на восток и запад; также достаточно света, который преобразуется в энергию.
2. Измените угол наклона. В документации модуля всегда указывается рекомендуемый угол наклона, при котором эффективность системы будет максимальной. На практике это значение может значительно варьироваться в зависимости от географического положения и других индивидуальных характеристик.
3. Выбор места для установки. Чаще всего солнечные модули устанавливаются на крыше здания; это самый простой, дешевый и очевидный вариант, но не самый эффективный. Лучше всего заранее подготовить вращающееся основание и установить на него панели, чтобы устройства следовали за солнечными лучами при движении.

Последний пункт заслуживает особого внимания. Конечно, модули, установленные на потолке, не бесполезны; ведь в этом случае для солнечных лучей нет препятствий, поэтому они легко достигают устройства и преобразуются в необходимый вид энергии. Проблема в том, что расположение модулей перпендикулярно солнечным лучам имеет максимальную эффективность за короткий промежуток времени.

Избавиться от подобных проблем позволяют поворотные устройства, отслеживающие текущее направление молнии. Правда, у этих устройств есть и отрицательные стороны; в частности, речь идет о чрезвычайно высокой стоимости роторных систем. Также в некоторых случаях приобретение такого оборудования никак не влияет на эффективность работы системы, например, если не были должным образом учтены погодные условия. Затраты в этом случае будут совершенно нецелесообразны.

По грубым подсчетам, чтобы вращающиеся элементы приносили плоды, их количество должно быть не менее восьми. Конечно, можно использовать и меньшее количество модулей (примерно 3-4), но выгодной покупкой они станут только в том случае, если подключить их напрямую к водяному насосу; в других случаях выигрыш в эффективности будет незначительным.

Сегодня активно разрабатывается совершенно новый тип кровли, на которую изначально устанавливаются солнечные батареи. По словам производителей, такая крыша будет стоить значительно дешевле обычных крыш, на которых установлено солнечное оборудование, и будет не менее эффективной.

Заключение

Солнечное отопление – достаточно эффективная современная система, которую при должном опыте можно оборудовать самостоятельно. Технологии постоянно развиваются, поэтому всегда есть возможность подобрать оптимальное оборудование, идеально подходящее для конкретных условий эксплуатации и полностью покрывающее все потребности в отоплении.