Говоря о солнечных батареях, каждый из нас, в первую очередь, подразумевает их использование где-нибудь на даче или в своем загородном доме. Но мало кто задумывается, что батареи, потребляющие энергию солнца, можно устанавливать даже на крыше многоквартирного дома, причем в этом случае солнечная система будет иметь гораздо больше плюсов.
Подобная практика очень развита во многих европейских странах, но радует то, что и Россия не отстает от них. Десятки домов в различных регионах страны уже оборудованы солнечными батареями, которые позволили снизить расходы на освещение в несколько раз. Кто является первопроходцем? Как организовать эту систему? Ответы на это и другие вопросы в следующих разделах.
Для чего пригоден комплект солнечных батарей
Говорить о полном исключении центральной энергосети из жизни жильцов многоквартирного дома не приходится. В каждой квартире работает немалое количество электроприборов, и для их питания солнечная система явно не подойдет. А вот уличное, подъездное освещение, работа лифтов, отопление вполне может осуществляться за счет энергии солнца.
Помимо установки солнечных батарей нужно будет предусмотреть замену привычных ламп накаливания светодиодными светильниками, потребляющими гораздо меньшее количество энергии. А использование датчиков движения позволит включать освещение лишь в случае необходимости, исключая работу светильников в течение всей ночи. Практика показывает, что подобная система позволяет снизить цену за 1 кВт в среднем на 70-90%.
Организация системы для многоквартирного дома
Чем выше мощность приобретаемой солнечной системы, тем выше ее цена, но с другой стороны, тем меньше стоимость одного отдельного элемента. Комплект солнечных батарей, приобретаемый жильцами всего дома, обойдется гораздо дешевле из расчета на одного человека, в сравнении с системой, устанавливаемой в загородном доме. Система, состоящая из СБ, имеет следующие плюсы:
- Отсутствие необходимости в дополнительных площадях для установки. Комплект солнечных батарей монтируется на крыше дома и на его боковой стороне, ориентированной на юг.
- Накопленную в течение светового дня энергию можно расходовать на освещение и работу лифтов в ночное время.
- Высотные дома исключают один из главных недостатков монтажа на крыше – затененность объектами, расположенными по соседству. Это способствует хорошей освещенности установленных панелей и, как следствие, высокой производительности.
- Крыши большинства домов плоские, что также упрощает монтаж батарей.
Получается, что выгода солнечных панелей для квартиры будет гораздо больше, чем для дачного дома. К примеру, в Швейцарии подобная система для многоквартирного дома была реализована еще 20 лет назад. Установленный на нем комплект СБ используется для отопления и нагрева воды для бытовых нужд. В России аналогичные системы не имеют такого массового масштаба, но тоже существуют. Более подробно в следующем разделе.
Солнечные дома в российских регионах
Начнем, пожалуй, со столицы. В качестве экспериментальной площадки, на который был установлен комплект из четырех солнечных панелей, послужил дом №15, расположенный в Леонтьевском переулке. Причем эта идея была осуществлена уже 6 лет назад. На сегодняшний день это не единственный солнечный дом в Москве. Отличилась также и администрация Святошинского района, по инициативе которой 18 батарей было установлено на крышу дома по адресу Булгакова, 19. Генерируемая энергия расходуется на освещение лестничных площадок, чердаков, подъездов. По словам разработчика солнечного комплекса в Леонтьевском переулке, их система окупилась уже за 2 года.
В октябре нынешнего года в Красноярском крае сдали энергосберегающий дом, который отапливается за счет того, что на крыше дома установлен комплект коллекторов, нагревающий воду в котлах в подвале здания. Подобные системы реализованы также в Кемерово и Алтайском крае. Не остались в стороне и жители Екатеринбурга. По своей личной инициативе товарищество дома по адресу Родонитовая, 8 установило комплект коллекторов, который планируется использовать для обогрева квартир. Конечно, речь идет о дополнительном источнике теплоснабжения, но и это уже большой прорыв для россиян.
Наибольшее количество домов, освещение в которых реализовано с использованием СБ, встречается на Кавказе. В станице Ессентукской уже, по меньшей мере, 7 домов были отключены от центральной сети энергоснабжения благодаря установленным солнечным модулям, аккумуляторам и светодиодным лампам. Это позволяет ежемесячно экономить собственникам квартир до 2-х тысяч рублей. А в Новочеркасске в июле этого года сдали в эксплуатацию дом, снабжение горячей водой в котором также обеспечено СБ.
Статью подготовила Абдуллина Регина
Солнечные батареи на крыше екатеринбургского дома:
- Рекомендации по правильной установке
- Экономическая обоснованность
Успешно применяются многим людьми в своих частных домах. Переход на альтернативное энергоснабжение шаг ответственный и требует тщательной подготовки и просчетов эффективности и окупаемости . Но не всем повезло иметь частное жилище, а воспользоваться достижениями в современной альтернативной энергетике хотят достаточное количество жителей. Для тех, кто при отсутствии своего дома имеет непреодолимое желание использовать бесплатную энергию можно предложить для квартиры.
Сразу нужно предостеречь, от мысли, что после смогут полностью обеспечить электроэнергией всю жилплощадь. Этого не произойдет, так как в наших квартирах имеются очень энергоемкие устройства, к примеру: электроплита, утюг, телевизор, обогреватель, которым не хватит заряда модулей. Поэтому перед установкой солнечных модулей в многоквартирном доме, лучше несколько раз подумать и посчитать экономическую эффективность всего мероприятия.
Если после расчетов было принято решение о неминуемой установке, следует покупать основные части схемы:
- солнечные батареи,
- инвертор,
- аккумуляторы,
- контроллер.
Основные проблемы вызывающие наибольшие трудности - это место расположения батарей и аккумуляторов . Для правильной работы, солнечные батареи должны находиться максимальное количество времени под воздействием солнечных лучей. В квартире, таких мест для установки крайне мало. Поэтому выбор не велик. Для этого подойдет балконное остекление и ближайшие к балкону стены.
Чаще всего, установка осуществляется на стекла балкона. Конечно, это влияет на естественное освещение в квартире. Но есть в этом и положительные моменты, например задержка ультрафиолета. Крепление световых панелей происходит непосредственно на стекло или вместо него, в балконную раму.
Причем, обязательным является условие нахождения балкона на солнечной стороне. В противном случае устанавливать солнечные батареи нет никакого смысла.
После грамотной установки панелей, возникает следующая проблема, от которой также не получиться уклониться. Под такой проблемой подразумевается поиск места для расположения накапливающих элементов. В средний комплект для квартиры могут входить до 20-30 аккумуляторов. Площадь, мягко говоря, не маленькая для квартиры в панельном доме. Размещение такого количества аккумуляторов может стать настоящей проблемой.
Этот вопрос многими был решен размещением подобных элементов в верхней части потолка балкона. Как правило, это крайне редко используемое место. Соорудив специальную, полку все аккумуляторы можно установить, так чтобы они не только не мешали, но и не были особо видны. Не стоит забывать о массе аккумуляторов. Так как вес каждого может достигать 15-20 кг , полка обязана быть надежной, чтобы не разрушиться под действием пары десятков батарей.
Также стоит уделить внимание теплоизоляции полки и находящихся на ней аккумуляторов. Дело в том, что в холодное время года емкость аккумуляторов может значительно снизиться, если не защитить их от морозов. Поэтому для того чтобы солнечные батареи не работали впустую, теплоизоляция аккумуляторов должна быть достаточно качественной.
Влияние солнечных источников на устройство быта
Правильная установка альтернативных источников не принесет никаких результатов, кроме ненужных затрат, если не пересмотреть свой взгляд на использование некоторых электроприборов. Однозначно, что переход на солнечные батареи диктует свои обязательные условия.
Перед установкой батареи необходимо отказаться, по возможности, от всех мощных потребителей и заменить их на менее энергоемкие. К примеру, телевизор, особенно плазменные панели, лучше поменять на компьютер или ноутбук. Они менее энергоемкие и позволят экономить драгоценные киловатты каждый день. Также обязательным условием станет использование энергосберегающих лампочек, а идеальным вариантом послужит применение светодиодных осветительных приборов.
Солнечные батареи делают невозможным применение таких потребителей как: электропечь, стиральная машина, нагревательный котел, обогреватель. Поэтому подобные электроприборы лучше оставить на центральном энергоснабжении.
Экономическая обоснованность
Солнечные батареи хорошо выручают в тех районах, где нет центрального электроснабжения или стоимость электричества достаточно высока. Применение подобных источников обоснованно в частных домах, так как они имеют значительную площадь для установки модулей. В многоквартирном доме, где существует ощутимый дефицит установочного пространства, солнечные батареи не принесут желаемого результата, в силу малой выходной мощности.
На сегодняшний день производительность световых панелей едва достигает 20-25% . Эта цифра получена в идеальных условиях, а квартира или балкон не является таковыми. К тому же, батареи в многоквартирном доме, как минимум, 40% времени будут находиться в тени, что значительно снизит эффективность всей установки, а повысит ее увеличением самих модулей не получиться из-за отсутствия свободного места.
Все эти особенности, в совокупности со стоимостью и сроками окупаемости солнечных панелей, подталкивают к вполне логичному выводу, что установка подобных источников питания в многоквартирном доме не целесообразна, и приведет скорее к значительным затратам и потере свободного места, нежели к ощутимой экономии на электроэнергии.
Современные технологии активно внедряются в повседневную жизнь. Теперь домашние солнечные батареи – популярная разработка, которой пользуются владельцы загородных домов. Преобразование тепловой энергии в электрическую позволяет дачникам экономить в теплое время года, но окупает ли это изначальную стоимость установки?
При покупке солнечных батарей для загородного дома учтите, что дороже обойдутся не сами солнечные батареи, а их установка. Чтобы система бесперебойно работала в весеннее и летнее время, необходимо приобрести контроллер заряда, инвертор с функцией записи и хранения данных (ЗУ), аккумуляторы для накопления энергии, автоматы постоянного тока, предохранитель и кабели для соединения всех элементов системы и подключения к электроприборам.
Общий вес всех компонентов составляет от 50 до 700 кг, что вызывает трудности при транспортировке: необходимо заказывать грузовик или отдельно договариваться с компанией, продающей солнечную электростанцию, о доставке и установке. Как правило, во втором случае перевозка выходит дешевле: компания делает скидку покупателям. Если вы приобретаете солнечную батарею для дома, цену эффективнее всего рассчитывать, исходя из среднесуточного потребления энергии. Как правило, семья из 2-3 человек растрачивает около 194 кВт в месяц при экономном использовании электроприборов, если проживает в квартире. Это около 6,5 кВт в сутки, или 271 Вт*ч/сут. На даче расход энергии увеличивается, так как покрываемая площадь больше. Тем не менее в солнечную погоду установку можно использовать в качестве самостоятельного источника энергии, если расход составляет до 5кВт*ч в сутки, но стоимость таких мощных систем достигает 700 тыс. руб. Если вы собираетесь купить солнечные батареи для дома, стоимость комплекта напрямую зависит от того, на что рассчитана система: Если вы не проживаете в загородном доме постоянно, рекомендуется не покупать мощные солнечные электростанции. Аккумуляторы будут быстро накапливать энергию в ваше отсутствие, а все остальное время установка будет простаивать. Установить солнечные батареи для дома можно своими руками, но работа эта достаточно кропотливая: вам необходимо с помощью кабелей подключить батареи к основной системе электроснабжения. Малейшая ошибка в расчетах – и дом обесточен до приезда электриков. Профессионалы в данной области рекомендуют любителям даже не пытаться делать монтаж самостоятельно: стоимость ремонта в случае неудачи в разы превысит цену на услуги грамотного инженера.
Мощность и цена
Виды солнечных батарей
Монтаж батарей своими руками
Причины популярности альтернативных источников энергии вполне объяснимы: существует возможность сэкономить на топливе и воплотить в жизнь мечты об экологически чистых системах жизнеобеспечения. Умело используя энергию солнца, ветра и воды, можно обыкновенный дачный домик превратить в современный экодом.
Мы расскажем, как в частном доме оборудовать отопление на солнечных батареях, разберем вместе с вами, насколько это выгодно. Для того чтобы досконально осветить вопросы применения энергии дневного светила, мы подробно описали все популярные варианты, получившие практическое применение и положительные отзывы пользователей.
С учетом наших рекомендаций вы сможете соорудить эффективную гелиосистему для дачи или загородного дома. Чтобы облегчить восприятие непростого материала, информацию мы дополнили наглядными схемами, иллюстрациями и видео-руководствами.
Посредниками между солнечными лучами и образующим энергию механизмом являются солнечные батареи или коллекторы, которые отличаются и назначением, и конструкцией.
Батареи аккумулируют энергию солнца и позволяют использовать ее для питания бытовых электрических приборов. Они представляют собой панели с фотоэлементами с одной стороны и фиксирующим механизмом с другой. Можно поэкспериментировать и собрать батарею самостоятельно, но проще купить готовые элементы – выбор достаточно широк.
Гелиосистемы (солнечные коллекторы) являются частью отопительной системы дома. Большие теплоизолированные короба с теплоносителем, как и батареи, крепят на приподнятых щитах, обращенных к солнцу, или скатах крыши.
Считать, что абсолютно все северные регионы получают намного меньше естественного тепла, чем южные, ошибочно. Предположим, на Чукотке или в центральной Канаде солнечных дней намного больше, чем в расположенной южнее Великобритании
Для повышения эффективности панели помещают на динамические механизмы, напоминающие систему слежения – они поворачиваются вслед за движением солнца. Процесс преобразования энергии происходит в трубках, расположенных внутри коробов.
Главное отличие гелиосистем от солнечных батарей в том, что первые нагревают теплоноситель, а вторые аккумулируют электроэнергию. Есть возможность обогревать помещение и с помощью фотоэлементов, но схемы устройства нерациональны и пригодны только для тех для районов, где солнечных дней в году не менее 200.
Схема устройства отопительной системы с солнечным коллектором, подключенным к бойлеру, и запасным источником электроэнергии (например, газовым котлом), работающем на традиционном топливе (+)
Плюсы и минусы альтернативной отопительной системы
Достоинств у солнечной системы обогрева не так много, но каждое из них весомо и может стать причиной для частных экспериментов:
- Экологические достоинства. Это безопасный для жильцов дома и окружающей природы, чистый источник тепла, не требующий применения традиционных видов топлива.
- Автономность . Владельцы систем абсолютно не зависят от цен на энергоносители и от экономической обстановки в стране.
- Экономичность. При сохранении традиционной отопительной системы появляется возможность снизить затраты на оплату горячего водоснабжения.
- Общедоступность . Для установки солнечных систем не нужно разрешения из государственных инстанций.
Но существует и неприятные моменты, способные испортить общую картину. Например, для определения эффективности работы системы потребуется продолжительный период – не менее 3 лет (при условии, что солнечной энергии достаточно и она используется активно).
Установка только солнечных модулей потребует больших вложений: самые дешевые кремниевые панели обойдутся не менее 2200 руб. за штуку, а поликристаллические шестидиодные элементы первой категории – до 17000 за штуку. Подсчитать стоимость 30 модулей довольно просто (+)
Пользователи отмечают следующие недостатки:
- высокие цены на оборудование, необходимое для запуска системы в эксплуатацию;
- прямая зависимость количества произведенного тепла от географического положения и погоды;
- обязательное наличие резервного источника, например, газового котла (на практике зачастую резервной оказывается гелиосистема).
Чтобы добиться большей отдачи, приходится регулярно следить за исправностью коллекторов, очищать их от мусора и беречь от образования наледи в заморозки. Если температура часто опускается ниже отметки 0ºС, нужно позаботиться о дополнительной теплоизоляции не только элементов гелиосистемы, но и дома в целом.
Галерея изображений
Солнечная энергия для отопления
Главное назначение фотоэлементов, аккумулирующих энергию, состоит в обеспечении дома электричеством. Чтобы включить их в схему и добиться оптимального функционирования, необходимо собрать цепь с накопительным баком.
Именно в нем будет происходить нагрев воды, которая, достигнув определенной температуры, заполнит трубы и радиаторы в требующих обогрева помещениях (гостиной, ванной).
Система, работающая от солнечной энергии, с двухконтурным баком, организующим нагрев и подачу горячей воды в двух направлениях: в отопительные радиаторы и к точкам разбора (+)
Попробуем разобрать конструктивные особенности солнечных батарей и определить их потенциальную роль в системе обогрева.
Принцип работы панелей с фотоэлементами
Существует три распространенных вида элементов для устройства солнечных батарей:
- Монокристаллические . Это тонкие пластины наиболее чистого кремния, нарезанные из выращенного в искусственных условиях кристалла. Самая производительная разновидность с КПД около 17-18 %. Оптимальная температура для эксплуатации – от 5 ºС до 25 ºС.
- Поликристаллические . Изготовлены из пластин, полученных при постепенном охлаждении кремниевого расплава. Технологиях их производства менее трудоемкая, но и КПД фотоэлектрических элементов из поликристалла существенно ниже — не более 12 %.
- Аморфные. Они же пленочные. Изготовлены методом испарительной фазы, в результате которого кремний в виде тонкой пленки оседает на полимерной гибкой основе. Самый дешевый производственный способ сочетается с намой низкой производительностью, исчисляемой до 7 %.
Для установки автономных отопительных систем в северных регионах наиболее подходящим вариантом считают , собранные из монокристаллических элементов. Однако батареи с аморфными модулями проще в установке, практически не требовательны к основанию и гораздо дешевле.
Монокристаллический модуль состоит из последовательно подключенных элементов, объединенных в модули. Несколько модулей формируют солнечную батарею. Темная поверхность фотоэлектрических гелиосистем оптимизирует поглощение солнечных лучей
Задача внешних элементов – поглощать и преобразовывать солнечные лучи. Высвобожденная энергия поступает дальше и концентрируется в аккумулирующем накопителе. Небольшой элемент дает около 100-250 Вт, а сборная панель площадью 25-30 м² обеспечивает электричеством небольшой домик. Для устройства системы обогрева потребуется энергии в 2-3 раза больше.
В роли преобразователя постоянного тока солнечного «производства» в электричество выступает инвертор, так как для работы бытовых электроприборов и светильников необходим переменный ток.
Если говорить конкретно об отопительной системе, то электрический котел для нагрева воды также работает на переменном токе. Для обеспечения жилища светом ночью потребуются аккумуляторы, сохраняющие дневные запасы.
Инверторные модули устанавливают в удобном для обслуживания месте, хотя он не нуждается в постоянном управлении и действует в автоматическом режиме (+)
Эффективность использования фотоэлементов
Проще всего приобрести и применить одну из простых, проверенных годами 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.
Понятно, что покупать новое оборудование невыгодно, поэтому легче увеличить мощности, прикупив некоторое количество фотоэлектрических преобразователей. Бюджетный вариант – кремниевые панели с производительностью до 23-25%.
К источнику тока необходимо подключить отопительный прибор, работающий на электричестве. Универсальный вариант – котел, оснащенный распределительной разводкой.
Полимерные пленочные элементы на российском рынке встречаются гораздо реже, чем кремниевые моно- и поликристаллические аналоги. Они удобны для монтажа, но обладают низким КПД – всего 6 %
Если правильно организовать подачу электроэнергии, ее должно хватить и для горячего водоснабжения, и для отопления. Существуют примеры, когда дом полностью обеспечен теплом – его можно узнать по крыше, практически полностью покрытой панелями.
Иногда требуется возведение специальных отдельно стоящих конструкций, если площади кровли не хватает. Получается, что для увеличения мощности необходима дополнительная свободная площадь.
Даже самые тщательные подсчеты не помогут вам определить точное количество потенциальной энергии и оперативно создать эффективную, отлаженную систему. Дело в том, что на практике возникают препятствия, появление которых предугадать достаточно сложно.
Вот некоторые из факторов:
- Непостоянство погоды. Четкое количество солнечных дней неизвестно даже в южных областях. Достоверно предсказать их число в северных районах практически невозможно.
- Нерегулярность получения электричества. Например, в северных регионах зимой короткий световой день, поэтому много переработанной солнечной энергии уходит на освещение. К тому же интенсивность солнечного излучения в зимний период существенно уменьшается.
- Периодические поломки . Как и все технические системы солнечные панели могут время от времени выходить из строя из-за повреждения отдельных элементов, контрактных соединений, защитной поверхности и т.д.
Следовательно, об эффективности вы можете узнать лишь через определенный промежуток времени, минимум – через год. Возможно, придется увеличить количество фотоэлементов или аккумуляторов, продумать дополнительную теплоизоляцию дома, уменьшить отапливаемую территорию. Предположим, в северных районах Германии в целях экономии спальни часто не отапливаются вообще.
Обслуживание установленных фотоэлементов не требует специальных умений и заключается в регулярной чистке: уборке снега зимой и мусора в теплый период, промывании стеклянной поверхности водой из шланга
Схема установки домашней электростанции
Самый простой способ – обращение в компанию, реализующую системные компоненты и предлагающую услуги по их монтажу. Плюсы – профессиональный проект с учетом индивидуальных особенностей, гарантия на всю продукцию и установку, минус – высокая стоимость.
Если вы имеете соответствующий опыт, можете самостоятельно собрать мини-электростанцию с солнечными батареями для отопления частного дома.
Наиболее эффективной считается гибридная схема устройства воздушно-солнечной системы, в которой задействованы фотоэлементы для получения энергии, коллекторы для нагревания воды и дополнительно установлен ветрогенератор. Его можно заменить резервным топливным источником (+)
Все детали для сборки системы отопления продаются в специализированных магазинах.
Необходимо приобрести следующие компоненты:
- комплект кремниевых или пленочных солнечных модулей;
- аккумуляторную батарею, накапливающую энергию;
- контроллер заряда, регулирующий процесс зарядки-разрядки аккумулятора;
- инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный;
- набор соединяющих кабелей.
Желательно, чтобы аккумуляторы были одинаковыми (с учетом марки, емкости и даже партии) и имели возможность хранить энергию на протяжении 3-4 дней. Продолжительность их работы зависит от температуры помещения – в холодных условиях они быстро разряжаются. Если суточное потребление равно 2400 Вт-ч, необходимы батареи общей емкостью не менее 1000 А-ч.
При использовании автомобильных аккумуляторов помните, что их максимальная эффективность – 70-75 % (срок службы – 3 года), специальные устройства для солнечных систем имеют лучшие показатели – до 85% (срок службы – 10 лет). Некоторое количество энергии теряется в процессе хранения и преобразования
Качество тока, вырабатываемого синусоидальными , выше показателей тока из централизованной сети. Особенность оборудования состоит в синхронизации фазы напряжения, при которой переход 12 В в 220 В осуществляется без перерыва в функционировании бытовых электрических приборов.
Мощность инверторов – от 250 Вт до 6000 Вт и выше. Увеличить мощность на выходе можно пустеем параллельного подключения нескольких приборов. Например, 3 х 3000 Вт = 9000 Вт (+)
После монтажа всех элементов солнечной системы необходимо к инвертору подключить электрический бак, нагревающий воду, а к баку, в свою очередь, трубопровод отопления.
Коллекторная система отопления
Наибольшей эффективности и отдачи можно добиться, установив вместо солнечных модулей коллекторы – наружные установки, в которых под действием солнечного излучения происходит нагрев воды. Такая система является более логичной и естественной, так как не потребует нагревания теплоносителя другими устройствами.
Рассмотрим конструкцию и принцип действия приборов двух основных видов: плоских и трубчатых.
Плоский вариант для самостоятельного изготовления
Конструкция плоских установок настолько проста, что опытные мастера-умельцы собирают кустарные аналоги своими руками, часть деталей купив в специализированном магазине, часть соорудив из подручного материала.
Внутри стального или алюминиевого утепленного короба закреплена пластина, адсорбирующая солнечное тепло. Чаще всего она покрыта слоем черного хрома. Сверху теплопоглотитель защищен герметичной прозрачной крышкой.
Нагревание воды происходит в трубках, уложенных змейкой и соединенных с пластиной. Вода или антифриз поступает внутрь короба через впускной патрубок, нагревается в трубках и перемещается на выход – к выпускному патрубку.
Светопропускная способность крышки объясняется использованием прозрачного материала – прочного закаленного стекла или пластика (например, поликарбоната). Чтобы солнечные лучи не отражались, стеклянную или пластиковую поверхность матируют (+)
Существует два вида подключения, однотрубное и двухтрубное, принципиальной разницы в выборе нет. Но существует большая разница в том, каким способом теплоноситель будет подаваться к коллекторам – самотечным или с помощью насоса. Первый вариант признан неэффективным из-за слабой скорости передвижения воды, по принципу нагрева он напоминает емкость для летнего душа.
Функционирование второго варианта происходит благодаря подключению циркуляционного насоса, который подает теплоноситель в принудительном порядке. Источником энергии для работы насосного оборудования может стать энергосистема на солнечных батареях.
Температура теплоносителя при нагреве солнечным коллектором достигает 45-60 ºС, на выходе максимальный показатель – 35-40 ºС. Для повышения эффективности работы отопительной системы наряду с радиаторами используют «теплые полы» (+)
Трубчатые коллекторы – решение для северных регионов
Общий принцип работы напоминает функционирование плоских аналогов, но с одной разницей – теплообменные трубки с теплоносителем находятся внутри стеклянных колб. Сами трубки бывают перьевыми, запаянными с одной стороны и внешним видом напоминающие перья, и коаксиальными (вакуумными), вставленными друг в друга и запаянными с обеих сторон.
Теплообменники также бывают разными:
- система преобразования солнечной энергии в тепловую Heat-pipe;
- обычная трубка для перемещения теплоносителя U-type.
Второй вид теплообменников признан более эффективным, но недостаточно популярным из-за стоимости ремонта: при выходе из строя одной трубки придется производить замену всей секции.
Трубка Heat-pipe не является частью целого сегмента, поэтому поменять ее можно за 2-3 минуты. Вышедшие из строя коаксиальные элементы ремонтируют, просто сняв заглушку и заменив поврежденный канал.
Схема, объясняющая цикличность нагревательного процесса внутри вакуумных трубок: холодная жидкость под воздействием солнечного тепла нагревается и испаряется, уступая место следующей порции холодного теплоносителя (+)
Проанализировав технические характеристики коллекторов разного типа и обобщив опыт их использования, решили, что для южных областей больше подходят плоские коллекторы, а для северных – трубчатые. Особенно хорошо зарекомендовали себя в условиях сурового климата установки с системой Heat-pipe. Они обладают нагревательной способностью даже в пасмурные дни и ночью, «питаясь» минимальным количеством солнечного света.
Образец стандартной схемы подключения солнечных коллекторов к бойлерному оборудованию: насосная станция обеспечивает циркуляцию воды, контроллер регулирует процесс нагревания
Метод увеличения производительности
Обычно, поэкспериментировав с небольшим количеством солнечных модулей, владельцы частных домов идут дальше и совершенствуют систему различными способами.
Самый простой способ – это увеличение количества задействованных модулей, соответственно, привлечение дополнительных площадей для их размещения и покупка более мощного сопутствующего оборудования
Что делать, если существует дефицит свободной площади? Вот несколько рекомендаций для повышения эффективности солнечной станции (с фотоэлементами или коллекторами):
- Изменение ориентации модулей. Перемещение элементов относительно положения солнца. Проще говоря, установка основной части панелей на южной стороне. При длинном световом дне также оптимально задействовать поверхности, выходящие на восток и запад.
- Регулировка угла наклона. Производитель обычно указывает, какой угол является наиболее предпочтительным (например, 45º), но порой при монтаже приходится вносить свои коррективы с учетом географической широты.
- Правильный выбор места установки. Крыша подходит, потому что чаще всего является наивысшей плоскостью и не затеняется другими объектами (предположим, садовыми деревьями). Но существуют еще более подходящие площади – поворотные устройства слежения за солнцем.
При перпендикулярном расположении элементов к лучам солнца система работает более эффективно, однако на стабильно закрепленной поверхности (например, крыше) это возможно лишь на короткий промежуток времени. Чтобы его увеличить, придумали практичные устройства слежения.
Механизмы слежения – это динамические платформы, которые своей плоскостью поворачиваются вслед за солнцем. Благодаря им производительность генератора увеличивается летом примерно на 35-40%, зимой – на 10-12 %
Большим минусом устройств слежения является их высокая стоимость. В некоторых случаях она не окупается, поэтому нет смысла вкладываться в бесполезные механизмы.
Подсчитано, что 8 панелей – минимальное количество, при котором затраты со временем оправдают себя. Можно задействовать и 3-4 модуля, но при одном условии: если они напрямую, в обход аккумуляторов, подключены к водяному насосу.
Буквально на днях компания Тесла Моторс объявила о создании нового типа крыши – с интегрированными . Илон Маск заявил, что модифицированная крыша будет дешевле, чем обычная кровля с установленными на нее коллекторами или модулями.
Выводы и полезное видео по теме
Тематические видеоролики помогут вам лучше представить устройство домашних солнечных станций и раскроют некоторые секреты монтажа оборудования.
Видео #1. Доступно изложенная техническая информация о солнечных батареях и контроллерах заряда:
Видео #2. Полезный опыт использования солнечных батарей в Подмосковье:
Видео #3. Пример успешно работающей солнечной станции, полностью собранной самостоятельно, обеспечивающей и ГВС, и отопление дома:
Как видите, отопительная система на солнечных батареях – вполне реальное явление, которое вы можете самостоятельно воплотить в жизнь. Сфера альтернативных способов получения энергии развивается постоянно, возможно, завтра вы услышите о новом открытии.
Кто из нас не мечтает об источнике бесплатной электроэнергии, к которому можно было бы подключить всю бытовую технику и навсегда забыть о счетах за электричество. Как ни странно, но такие источники существуют и успешно используются не только в промышленности, но и в быту, в том числе и для обеспечения электроэнергией отдельных частных домов. Ветряные мельницы, солнечные батареи – эти широко известные изобретения превращают один вид энергии в другой, не загрязняя окружающую среду, и не требуют при этом затрат на топливо. Конечно, назвать их абсолютно бесплатными нельзя, сами по себе такие установки довольно дорогие, но экономия от их использования очень скоро сможет оправдать все расходы. Бытует мнение, что альтернативные источники электроэнергии хороши для частных домов, на самом же деле они успешно используются и в условиях квартиры. В этом случае прекрасным решением является установка компактных и простых в исполнении солнечных батарей на балконе.
Солнечные батареи для квартиры на балконе должны быть небольшими, но достаточно мощными. Поскольку их мощность напрямую зависит от размеров, здесь нужно искать компромисс. Батареи представляют собой панели, состоящие из следующих элементов:
- аккумулятора;
- непосредственно солнечной батареи, состоящей из фотоэлементов;
- инвертора;
- системы управления.
Собрать систему самостоятельно не составит труда, поэтому ее установкой и подключением можно заняться самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Солнечная батарея со всеми комплектующими не занимает много места и полностью размещается в пределах балкона. В процессе эксплуатации она не требует особого ухода – ее достаточно при необходимости очищать от пыли и грязи.
Единственное требование – наличие системы отопления на балконе или хотя бы утеплительного слоя по всему периметру. Оборудование чувствительно к отрицательным температурам и в зимний период может работать с большими потерями энергии.
Установка солнечных батарей в многоквартирном доме
Элементы системы размещаются на балконе таким образом, чтобы не загромождать собой полезную площадь и при этом эффективно выполнять свои функции. Самым габаритным компонентом является аккумулятор. Его можно разместить под самым потолком, закрепив на стене, где он не будет никому мешать. Панель солнечной батареи, которая улавливает солнечную энергию и превращает ее в электрическую, закрепляется на стекле или в раме остекления. При этом она, будучи не совсем прозрачной, играет роль тонировки и надежно защищать от ультрафиолета.
Принцип работы солнечной батареи
Солнечная батарея – это, в первую очередь, набор фотоэлементов, которые, соединяясь между собой, формируют панель. Особенность фотоэлементов заключается в их способности генерировать электрическую энергию под воздействием солнечных лучей, что делает ее практически бесплатной. Количество производимой энергии зависит от материала панели и от ее площади. Таким образом, на выходе получается постоянный электрический ток, который попадает в инвертор, где преобразуется в переменный и может использовать в быту. Поскольку производительность батареи зависит от многих факторов (времени года, погоды, времени суток), энергия должна накапливаться впрок, для чего и используется аккумулятор. Он накапливает в себе электричество, а потом постепенно отдает его даже тогда, когда солнца нет, и батарея не выполняет свои функции.
Одним из главных характеристик любой солнечной батареи является материал для фотоэлементов. Среди наиболее популярных:
- поликристаллы кремния – самый популярный материал на сегодняшний день, сочетающий в себе доступную цену и хорошие эксплуатационные характеристики. Панели из поликристаллов кремния легко устанавливаются, так что с их сборкой может справиться любой. Их характерная особенность – синий цвет поверхности, по которой их легко узнать;
- монокристаллы кремния более продуктивные, но их стоимость гораздо выше. Еще один недостаток – это их форма в виде многоугольника. Она не дает возможность подогнать отдельные монокристаллы впритык друг к другу, поэтому рабочая поверхность панели в результате оказывается не сплошной, а с множеством зазоров, что уменьшает полезную площадь;
- аморфный кремний наименее эффективный среди всех разновидностей кремния и самый дешевый из них. Его используют в тех случаях, когда не требуется большой мощности батареи, или же с целью экономии;
- теллурид кадмия наносится на стекло в виде пленки, толщина которой менее 0,5 мм. Сама пленка может быть непрозрачной или же частично пропускать свет, так что ее можно использовать и в качестве тонировки для оконного стекла;
- CIGS – полупроводник, фотоэлементы из которого тоже выпускаются в виде пленки, но его КПД выше, чем у таллурида кадмия.
Выбор материалов довольно большой, и чтобы подобрать подходящий, нужно разбираться в их эксплуатационных характеристиках. Менее продуктивные фотоэлементы стоят дешевле, но требуют большей площади панели, так что экономия здесь относительная. Разница в производительности довольно большая. Для примера, квадратный метр панели из монокристаллического кремния может давать до 125 Вт, а из аморфного кремния – 50 Вт.
На современном рынке наибольшим спросом пользуются монокристаллические и поликристаллические фотоэлементы. Первые имеют КПД порядка 13%, срок их службы около 30 лет, но при этом их производительность сильно зависит от погодных условий. Максимальный КПД можно получить только в солнечный ясный день, но в пасмурную погоду он значительно снижается. Поликристаллические фотоэлементы менее эффективные – их максимальный КПД составляет 9%, срок их эксплуатации тоже немного меньше – до 20 лет, но при этом их производительность практически не зависит от погоды.
Устанавливаем солнечные батареи на балконе своими руками
Плюсы и минусы солнечной батареи
К несомненным достоинствам данного источника энергии относится:
- полная независимость от наличия исходного топлива (таковым является солнечная энергия), в результате чего энергия получается практически бесплатной;
- экологичность, связанная с отсутствием продуктов сгорания или переработки;
- длительный срок службы, зависящий от материала фотоэлементов, но в любом случае не меньше 20 лет;
- надежность, которая обеспечивается простой и неподвижной конструкцией. Статичные компоненты системы редко выходят из строя;
- простота в эксплуатации. Панель солнечной батареи не нуждается в специальном уходе, ее достаточно просто периодически протирать, смывая пыль.
При всех своих достоинствах солнечная батарея имеет и ряд недостатков:
- зависимость продуктивности установки от времени суток и погоды. Чем интенсивнее и дольше светит солнце, тем больше энергии генерирует батарея, но ночью или в пасмурную погоду количество полученного электричества минимально;
- высокая себестоимость. Энергия на выходе действительно получается бесплатной, но за саму систему необходимо заплатить немало денег, правда, со временем эти траты окупятся;
- низкая производительность;
- необходимость в утеплении и отоплении помещения, где будет размещаться система.
Подключение к солнечной батарее
Сразу стоит отметить, что полностью отказываться от услуг централизованного электроснабжения не нужно. Солнечная батарея при всех своих положительных качествах остается альтернативным и дополнительным источником энергии, количество которой ограничено. Более побробно тут . Первым делом придется отказаться от использования мощных и слишком «прожорливых» электроприборов, отдавая предпочтение энергосберегающим и маломощным. Для некоторых такие шаги могут быть связаны с определенными проблемами, ведь не всю бытовую технику можно заменить аналогами с пониженным уровнем электропотребления. Именно для таких случаев и нужно оставить возможность подключения к общественным электросетям.
Солнечная батарея вполне может обеспечить необходимое количество электроэнергии для одной квартиры, но даже частичное подключение к ней отдельных приборов даст неплохую экономию.
Монтаж солнечных батарей
Монтаж солнечной батареи на балконе
Перед тем, как окончательно принять решение об установке солнечной батареи, нужно взвесить все «за» и «против». Еще раз стоит напомнить, что балкон должен быть утеплен, а температура здесь не должна опускаться ниже указанной в инструкции отметки. В идеале это помещение лучше сделать отапливаемым, но не всегда это возможно. На всякий случай нужно оставить возможность подключения системы к общедомовой электросети.
Установка солнечных батарей на балконе квартиры довольно простая. Ее панели закрепляются на каркасе, выполненном из металлического уголка, который надежно фиксируется на несущих конструкциях здания: стенах или плитах перекрытия. При выборе места расположения панелей нужно помнить, что их придется регулярно очищать, поэтому их поверхность должна быть в пределах досягаемости. Максимальное количество энергии фотоэлементы генерируют при попадании на них солнечных лучей под прямым углом, но на протяжении года солнце меняет свое положение, поэтому панели должны поворачиваться на угол порядка 12º.
Установка солнечных батарей дома
Для монтажа солнечной батареи понадобится:
- лист стекла размерами 700х1050х4 мм (можно заменить оргстеклом);
- фотоэлементы, 48 штук. Их можно купить через Интернет, если рядом нет специализированных магазинов. Фотоэлементы будут устанавливаться в 4 ряда по 12 штук в каждом;
- алюминиевый уголок 20х20 мм;
- шины для пайки;
- паяльник;
- олово;
- флюс;
- мульитиметр;
- герметик.
Последовательность сборки солнечной батареи:
- изготовление корпуса, на котором держатся панели с фотоэлементами. Он представляет собой раму, сваренную из алюминиевого уголка, размеры которой превышают размеры стекла на 5-10 мм. Зазор между стеклом и рамой заполняется герметиком, что повышает прочность конструкции;
- напайка фотоэлементов. Работая с ними, нужно быть осторожными, ведь они очень хрупкие и при этом недешевые. Для надежной фиксации крайних элементов они припаиваются к шинам;
- подготовка стекла путем тщательного очищения и обработки обезжиривающим средством;
- установка стекла в алюминиевую раму и его фиксация в нужном положении;
- закрепление на стеклянной поверхности фотоэлементов. Между отдельными фотоэлементами должны оставаться зазоры;
- проверка качества пайки;
- нанесение герметика вдоль периметра стеклянной основы, по центру и заполнение им всех зазоров;
- отделка обратной стороны панели акриловым лаком.
Установка солнечных батарей на балконе 
Монтаж солнечных батарей Установка солнечных батарей на балконе своими руками
