Выбор
Приняв решение установить для отопления солнечный коллектор, важно убедиться, что его мощности будет достаточно для решения бытовых задач. При расчете учитывается ряд важных показателей:
При расчете учитывается ряд важных показателей:
- площадь постройки;
- количество людей, проживающих в нем;
- расходуемую энергию. Для семьи, состоящей из трех человек, ее ежемесячно потребуется не менее 500 кВт. Если же планируется организация и водоснабжения горячего, эта цифра увеличится.
Более эффективной, как практика показала, является комбинированная система, которая предусматривает пользование энергией, поставляемой централизовано, и автономной, способной жильцов подстраховать при возникновении аварийных ситуаций.
Обогрев дома солнечными батареями коллекторного типа
По своей сути коллекторы действительно схожи с солнечными батареями, поскольку улавливают прямые солнечные лучи. Исключением для вторых являются тонкопленочные пластины, выдающие ток от рассеянного света. Что касается коллекторов, то для нагрева воды жаркое солнечное излучение нужно плоским моделям. Единственный вариант, активно поставляющий в трубы отопительной системы горячую воду всю зиму, даже при плотной облачности – вакуумные коллекторы. Именно вакуум сберегает драгоценное тепло.
Если вы решите брать вакуумный вариант, в этом случае вам также предстоит выбор – модели прямого нагрева воды или косвенного. Первые считаются сезонными, поскольку накопительный бак расположен непосредственно в корпусе коллектора, и трубки с двойной оболочкой, внутри которой вакуумная среда, соединяются с емкостью напрямую. В зимнее время такие модели использоваться не могут, вода в них замерзает.
Другое дело – обогрев дома солнечными батареями коллекторного всесезонного типа. Они будут работать даже при -50 градусах и облачном покрове, поскольку накопительный бак установлен в доме. Такая система действует благодаря жидкости-теплоносителю, движущейся по трубам между спиралями, расположенными внутри бака, и коллектором. В сердечники вакуумных трубок залита та же жидкость. Вода же только в накопителе, из него она по трубам течет в батареи.
Типы солнечных панелей
Чтобы добиться самой высокой производительности, нужно выбирать такие элементы, которые подходят для вашей местности. Существует несколько их разновидностей, которые отличаются структурой рабочей поверхности фотоэлемента и технологией изготовления.
- Фотоэлементы с использованием аморфного кремния. По-другому их еще называют пленочными покрытиями. С развитием нанотехнологий это направление, возможно, станет более перспективным, но пока такие панели не имеют большого промышленного производства. Сложность заключается в создании у кристаллов кремния одинаковой направленности по всей толщине рабочего слоя, который составляет 80−100 микрон.
- Фотоэлементы с использованием монокристаллического кремния. Самые дорогостоящие и производительные батареи, способны удовлетворительно работать при сильной облачности. Их изготавливают, используя медленное остывание кремниевого расплава. При этом получается слиток, который с одной стороны является монокристаллом, а с другой стороны — однороден. После остывания слиток разрезается на пластины и для создания нужной структуры поверхности его подвергают нескольким видам термообработки. Цвет таких пластин обычно темно-синий.
- Фотоэлементы с использованием поли— или мультикристаллического кремния. При производстве используется технология получения центров кристаллизации, и, как следствие, небольших кристаллов в слитке. Термообработку эти пластины проходят ту же, что и монокристаллические, но их электротехнические показатели первых значительно уступают вторым. Зато и цена на них существенно ниже. Внешне их можно отличить по наличию участков, различающихся по оттенкам и очертаниям.
Что они представляют собой
Устройства, подзаряжающиеся от света, изобретены достаточно давно. Солнечные батарейки для зарядки калькуляторов, часов и прочего, мы имели удовольствие наблюдать еще в начале 90-х годов. Однако наши зарубежные друзья научились использовать энергию солнца во благо гораздо раньше.
Поэтому, стоит поучиться на уже пройденном опыте, и усовершенствовать достигнутые результаты. Одним из удачных достижений можно назвать энергию, где используются лучи солнечные для отопления батареи для дома, в котором мы живем. Всем известно, что отопление стоит недешево, и платить по счетам приходится часто и помногу.
Многие страны, особенно те, где солнце — частый гость на небе, давно перешли на альтернативную систему отопления. То есть – на обогрев жилья с помощью солнечных батарей.
Если вы не хотите зависеть от жилищно-коммунальных контор, если вам важно тепло в доме в любое, удобное для вас время, давайте поговорим подробнее про отопление от солнечных батарей, которое доступно уже многим, и многие это оценили по достоинству
Преимущества
- Вы живете в тепле столько времени в год, сколько хотите.
- Вы имеете возможность регулировать температуру в квартире на нужном вам уровне.
- Вы полностью независимы от коммунальных служб, теперь не придется платить за общее отопление.
- Вы имеете собственный запас энергии, который можно израсходовать на любые бытовые нужды.
- Большой срок службы батарей надолго избавит вас от хлопот по их замене или ремонту.
Однако есть небольшие детали, которые не мешает рассмотреть подробнее, прежде чем приобретать и устанавливать автономное энергообеспечение в своем жилье.
Нюансы
Разновидности солнечных батарей
- Конечно, есть известная всем истина, что чем ближе к экватору – тем больше солнца. Если вы живете в регионе, где количество солнечных дней невелико, батареи будут не слишком эффективны.
- Достаточно высокая стоимость батарей. К примеру, чтобы снабдить семью достаточным количеством электроэнергии, вам понадобятся солнечные батареи площадью около 15 – 20 м². Учитывая, что 1 м² дает энергии в среднем 120 Вт, то на семью из трех-четырех человек придется установить достаточно много элементов.
- Батареи нужно устанавливать на южную сторону крыши. В тех местах, где солнце светит больше всего.
Площадь крыши должна составлять не менее 40 м2, только в этом случае вы сможете получать достаточное для семьи количество энергии. - Для получения энергии около 500 кВт в месяц и полноценной работы системы в вашем регионе должно быть до 20 солнечных дней.
- Чтобы снабдить себя электричеством и приобрести установку мощностью около 7 квТ, сделать отопление на солнечных батареях, вам придется потратить не менее 200000 рублей на их приобретение и установку.
Однако это окупится уже в первые годы использования. Мощности такой установки хватает для снабжения отопления дома средней величины. - Для эффективной работы установки угол наклона вашей крыши должен быть около 45⁰. Не должно быть больших деревьев и высоких зданий рядом, они будут создавать тень, и мешать работе установки.
- Система стропил вашего дома должна иметь запас прочности. Батареи имеют определенный вес, который нужно учитывать, чтобы обезопасить кровлю от обрушения.
Особенно вероятно это в зимнее время, когда на крыше скапливается снег.
Конечно, батареи обходятся недешево, однако они пользуются большой популярностью уже во многих странах. Даже там, где не самый жаркий климат, их охотно используют. Дело в долговечности, и большой эффективности такого рода установок.Они лучше всего работают в летнее время, когда солнечных дней много. Но отопление нужно зимой, поэтому, чтобы система работала, на крыше нужно собрать достаточно большую конструкцию.
Схема электропроводки от гелиопанелей
Чтобы понять, каким образом солнечная электроэнергия для дома попадает в электросеть и питает бытовые приборы, стоит рассмотреть схему работы солнечного оборудования. Несмотря на кажущуюся сложность, принцип действия схемы является достаточно простым и состоит из четырех этапов.
Солнечные панели являются первым компонентом электрической схемы. Они собираются из заданного количества пластин фотоэлементов в прямоугольные тонкие модули. Мощность фотопанелей может быть разной, однако она всегда делится на 12 вольт.
Для улавливания фотонов плоские панели размещают на открытых для солнечного света пространствах. Мощные солнечные батареи для дома получаются после объединения модульных блоков между собой. Такая батарея предназначена для преобразования солнечной энергии в постоянный ток.
Аккумуляторы служат для накопления электроэнергии, полученной от солнца. В данном случае, если бытовые приборы в доме были подключены к центральной электросети, то генерируемая солнечная энергия накапливается в аккумулирующих устройствах. Кроме того, они запасают излишнее количество электроэнергии, поступающей с гелиопанелей, которая не расходуется в полном объеме.
Задачей аккумулятора является подача необходимого количества электроэнергии и обеспечение стабильности напряжения, когда возрастает ее потребление. Ту же функцию аккумуляторные блоки выполняют в ночное время суток либо при недостатке солнечного света, когда фотопанели не работают.
Последний важный узел схемы электроснабжения от солнечных батарей – это инвертор. Он необходим для преобразования постоянного тока, который подается от солнечных модулей к аккумуляторам, в переменный с напряжением в 220 вольт. Как известно, такой уровень напряжения необходим для работы большинства современных бытовых приборов.
Изготовления солнечного коллектора
Как сделать отопление дома солнечными батареями – теория и практикаДля создания коллектора потребуются такие материалы:
- змеевик от старого или неисправного холодильника;
- рейки для сборки каркаса;
- фольга, обычное стекло;
- резиновый коврик;
- емкость для воды и трубы для ее подачи и слива.
При сборке коллектора необходимо в точности следовать указанной инструкции:
- На резиновый коврик укладывают фольгу, каркас из реек и змеевик, именно в данной последовательности. При сборке каркаса в его стенках делают небольшие отверстия, они должны быть достаточными для того, чтобы через них можно было вывести трубки змеевика.
- Змеевик закрепляют с помощью хомутов с того же самого холодильника. С обратной стороны их крепят винтами. Также с той же стороны прибивают рейки – это нужно для того, чтобы конструкция приобрела требуемую жесткость.
- Щели, образовавшиеся между каркасом и фольгой, заклеивают скотчем. Благодаря этому тепловые потери минимизируются, и отопление солнцем станет более эффективным. Уже готовый коллектор накрывают стеклом и по всему периметру проклеивают скотчем. Для дополнительной герметизации конструкции и большей надежности стекло крепят несколькими шурупами. Затем солнечный коллектор прикрепляют к специальным опорам.
Как самому сделать солнечный коллектор, пример на видео:
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
Устройство батарей
Отопление солнечными батареями предполагает появление напряжения под действием света. Затем напряжение подается на другие предметы. Они оснащены аккумулятором, который копит энергию, а затем в пасмурную погоду отдает ее.
Батареи состоят из:
- наружной прозрачной панели, внутри которой перемещается вода или воздух;
- черной площадки из металла, которая вбирает лучи;
- накопителя, в котором находится нагретая вода или газ.
Система солнечного отопления включает основные составляющие:
- преобразователь обыкновенный;
- преобразователь постоянного тока в переменный;
- датчик для регулировки уровня заряда;
- аккумулятор;
- механизм выбора мощности.
Солнечные батареи на крыше преимущественно употребляются для производства электричества. Поэтому такой способ сочетается с электрическим способом подачи тепла в доме, а также там, где присутствуют теплые полы. При выборе обогрева дома мощными моделями можно еще получить питание для нагревания воды.
Плюсы и минусы
Как у любого технического устройства, так и солнечных коллекторов, есть свои достоинства и недостатки, которые определяют способность использования подобных изделий в тех или иных условиях эксплуатации.
К плюсам использования относятся:
- Экологическая безопасность как для окружающей среды, так и для человека.
- Возобновляемость и неисчерпаемый ресурс используемой энергии.
- Возможность создания полностью автономной системы отопления и горячего водоснабжения от внешних источников энергии.
- Продолжительные сроки эксплуатации.
- Возможность модернизации автономной системы и ее интеграции, в случае необходимости, в централизованную систему отопления (от внешних энергоснабжающих источников).
- Оптимизация системы отопления отдельно взятого объекта в соответствии с заданными параметрами.
Недостатками использования можно считать:
- Высокая стоимость оборудования и выполнения монтажных работ, определяют потребность в значительных финансовых затратах на начальном этапе использования.
- Эффективность работы зависит от погодных условий, региона и ландшафта размещения, конструкции строительных элементов, на которых выполняется установка коллекторов (форма крыши, стен или отдельно стоящих элементов).
Возведение системы отопления: полезные советы
Советы по установке коллектора
Чем более максимальным будет наклон, тем более эффективно можно будет использовать солнечную энергию зимой
Площадь этой части солнечного отопления может отклоняться не более чем на тридцать градусов на восток или запад. Наклон должен быть на 45-60 градусов (минимально на 35 градусов). Чем более максимальным будет наклон, тем более эффективно можно будет использовать солнечную энергию зимой. Летом оптимальный наклон поможет избежать перегревов. Если нет возможности выполнить условия по установке коллектора на крыше, то можно поместить его на южном фасаде или даже на здании, которое находится рядом.
Обычный дом отличается от солнечного. Если планируется установление такой системы отопления на обычный дом, то изначально его следует подготовить. Проводится энерготехническое переустройство дома. Окупить расходы на покрытие дома гелиоустановкой можно лишь при обеспечении дома отличной теплоизоляцией. Также, чтобы установить коллектор вертикально иногда надо провести дополнительные строительные мероприятия.
Лучше всего использоваться коллекторы большой площадью, которые имеют возможность монтажа в готовом состоянии непосредственно на крышу дома (с помощью крана). В качестве связующей площади используется металлическое обрамление. Этот способ не только защити коллектор от атмосферного воздействия, но и придаст дому внешний эстетический вид.
Советы по установке накопителя
Площадь крыши для установки солнечных батарей должна быть не мене 40 метров квадратных. С такой площади при 20 солнечных днях в месяц можно будет получать до 500 кВт энергии.
Для домов, которые планируется отапливать только с помощью солнечной энергии накопитель должен иметь размер не менее 40 м³. Наиболее удобна удлиненная форма резервуара. Толщины изоляции требуется не менее 30 см.
Выбирайте наиболее большой накопитель, который вмещает достаточное количество тепла
Он используется для хранения солнечного тепла. Поэтому по возможности следует выбирать наиболее большой накопитель. Иногда в старых домах поместить большой накопитель довольно сложно. Можно использовать для его хранения подвал. В таком случае накопитель будет состоять из отдельных деталей, которые можно собирать на месте. Как вариант размещения, когда нет возможности найти свободное пространство для большого накопителя, можно использовать много маленьких. Предварительно их следует соединить друг с другом.
Советы по отоплению низкими температурами
Наиболее эффективной гелиосистема будет в том случае, чем ниже будет температура отопления. Панельное отопление – наиболее оптимальный вариант. Панели установить проще, чем систему теплого пола. К тому же, такие панели дополнительно защитят стены дома от влажности. При более низкой температуре могут также работать имеющиеся радиаторы.
Солнечные батареи имеют долгий срок службы, несмотря на то, что их установка довольно затратная. Зато способ отопления дома на солнечных батареях дает возможность независимо от работы организаций по поставке энергии отапливать свой дом и обеспечивать его светом. Специалисты утверждают, что солнечные батареи очень редко ломаются, их не нужно постоянно обслуживать.
Разнообразие установок
Прежде чем приступать к созданию своими руками гелиосистемы отопления для дачи и дома, нужно выяснить, какие батареи вообще существуют. На сегодняшний солнечный коллектор бывают следующих видов:
вакуумный. В конструкции такой батареи между оболочкой агрегата и телом нагрева присутствует вакуум. С помощью такого приспособления можно подогреть воду до 300 градусов. Минусом здесь является невозможность проводить самостоятельную чистку от снега и инея;
Вакуумный коллектор
плоский. Внешне такой коллектор имеет вид прозрачной внешней панели. Внутри солнечной батареи такого типа размещаются трубки, а задняя часть оснащена теплоизолятором. Теплопотери здесь больше, однако конструкция легко собирается своими руками. Кроме того ее можно самостоятельно очищать от намерзшего снега и льда. Нагревает воду до 200 оС. К минусам следует отнести наличие большой нагрузки на фиксаторы устройства при сильном ветре, так как батарея имеет плохообтекаемую форму;
Плоский коллектор
воздушный. В качестве носителя тепла здесь выступает воздух. Такие батареи легко можно сделать своими руками. Но основным минусом здесь является невозможность использовать устройство для нагрева воды, а также низкий КПД прибора;
Воздушный коллектор
трубчатый. Агрегат такого типа состоит из четырех трубок, заполненных базовым теплоносителем. Его циркуляция осуществляется за счет разницы температуры батареи с ее нижней зоной. Для таких приборов характерна большая плоскость поверхности;
Трубчатый коллектор
подвижная система, применяемая для обогрева дома солнечной энергией. Это специально разработанные установки, которые могут поворачиваться за движением солнца. На сегодняшний день существуют различные модели, способные на поворот различных своих частей.
Подвижные солнечные батареи
Несмотря на различное строение, принцип функционирования солнечных коллекторов будет практически идентичным.
Что представляют собой солнечные батареи?
Уже давно датируется тот день, когда были изобретены устройства, которые могут заряжаться от света. Еще в 90-х годах человечество ознакомилась с такими изобретениями, как батарейки для часов, калькуляторов и других мелких устройств. Ученые из других стран научились использовать энергию солнечных лучей несколько раньше, чем наши отечественные исследователи. Некоторый опыт есть и у наших специалистов, поэтому сейчас необходимо только заняться усовершенствованием некоторых достижений и результатов.
Строение солнечной батареи
Удачным достижением можно назвать использование солнечных лучей для организации отопительной системы частного или загородного дома. Солнечная система отопления входит в категорию альтернативных, особенно в тех странах, где солнце светит более 20 дней в месяц. Стандартные системы отопления дорогостоящие не только в плане организации, но и в плане коммунальных тарифов. Альтернативные отопительные системы помогут избавиться от зависимости коммунальных контор.
Средние цены
В настоящий момент на рынке гелиосистем, служащих для отопления и горячего водоснабжения, представлено достаточно большое количество компаний из разных стран мира. Стоимость моделей зависит от типа коллектора, его технических характеристик и фирмы его выпускающей. Средние цены, на наиболее востребованные модели, составляют:
- Продукция компании «Vaillant» (Германия):
- Модели «auroTHERM plus VFK 135/2VD» и «VFK 135/2D» — плоский солнечный коллектор площадью 2,51 м2. Стоимость составляет – от 60000,00 рублей.
- Модель «auroTHERM exclusiv VTK 570-1140» — вакуумный коллектор, площадью 1,0 м2 – стоимость от 73000,00 рублей, и площадью 2,0 м2 – от 145000,00 рублей.
- Солнечные коллекторы компании «ARISTON» (Италия):
- Модель «KAIROS CF 2.0 ARISTON», плоский коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость – от 37000,00 рублей.
- Модель «KAIROS VT 15B ARISTON» — вакуумная модель, стоимостью от 86000,00 рублей.
- Изделия компании «FPC» (Китай):
- Модель «FPC-1200d» — плоского типа, площадью 2,01 м2. Стоимость от 25000,00 рублей.
- Модель «ES 20R-5» — вакуумного типа, стоимостью от 36000,00 рублей.
- Продукция компании «ЯSolar» (Россия):
- Модель, артикул 2900152 – плоский солнечный коллектор, площадью 2,0 м2. Стоимость составляет – от 21000,00 рублей.
- Модель «VU-10» вакуумного типа, стоимостью от 23000,00 рублей.
Открытые солнечные коллекторы
Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.
Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах
У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.
Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.
Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд
