Отопление на частна къща със слънчеви панели: диаграми и устройство

Причините за популярността на алтернативните източници на енергия са съвсем разбираеми: има възможност да спестите гориво и да сбъднете мечтите за екологични системи за поддържане на живота. Използвайки умело енергията на слънцето, вятъра и водата, можете да превърнете обикновена селска къща в модерна еко-къща.

Ще ви кажем как да инсталирате слънчево отопление в частен дом и ще анализираме с вас колко е изгодно. За да обхванем подробно въпросите за използването на дневна светлина, ние описахме подробно всички популярни опции, които са получили практическо приложение и положителни отзиви от потребителите.

Като вземете предвид нашите препоръки, можете да изградите ефективна слънчева система за лятна или селска къща. За да направим трудния материал по-лесен за разбиране, ние допълнихме информацията с визуални диаграми, илюстрации и видео уроци.

Начини за използване на слънчевата енергия

Начини на приложение енергията на небесното тяло не принадлежат към иновативни технологии; слънчевата топлина се използва отдавна и много успешно. Това обаче се отнася главно за Австралия, някои страни в Европа, Америка и южните райони, където алтернативна енергия може да се получава през цялата година.

В някои северни райони липсва естествена радиация, така че се използва като допълнителна или резервна опция.

Посредниците между слънчевите лъчи и механизма за генериране на енергия са слънчеви панели или колектори, които се различават както по предназначение, така и по дизайн.

Батериите акумулират слънчева енергия и позволяват тя да се използва за захранване на домакински електрически уреди. Представляват панели с фотоклетки от едната страна и заключващ механизъм от другата. Можете да експериментирате и да сглобите батерията сами, но е по-лесно да закупите готови елементи - изборът е доста широк.

Слънчевите системи (слънчеви колектори) са част от отоплителната система на къщата. Големи топлоизолирани кутии с охлаждаща течност, като батерии, са монтирани на повдигнати панели, обърнати към слънцето или покривни склонове.

Грешка е да се смята, че абсолютно всички северни райони получават много по-малко естествена топлина от южните. Да предположим, че има много повече слънчеви дни в Чукотка или централна Канада, отколкото във Великобритания, разположена на юг

За да се увеличи ефективността, панелите са поставени върху динамични механизми, които наподобяват система за проследяване - те се въртят, следвайки движението на слънцето. Процесът на преобразуване на енергия се извършва в тръби, разположени вътре в кутиите.

Основната разлика между слънчевите системи и слънчевите панели е, че първите загряват охлаждащата течност, а вторите акумулират електричество. Възможно е помещението да се отоплява с помощта на фотоклетки, но проектните схеми са нерационални и са подходящи само за онези райони, където има най-малко 200 слънчеви дни в годината.

Диаграма на отоплителна система със слънчев колектор, свързан към котел и резервен източник на електроенергия (например газов котел), работещ на традиционно гориво (+)

Плюсове и минуси на алтернативна система за отопление

Няма много предимства на слънчевата отоплителна система, но всяко от тях е значимо и може да стане повод за частни експерименти:

• Ползи за околната среда. Това е чист източник на топлина, който е безопасен за жителите на къщата и околната среда и не изисква използването на традиционни видове гориво.
• Автономия. Собствениците на системата са абсолютно независими от цените на енергията и икономическата ситуация в страната.
• Икономичен. Поддържайки традиционната отоплителна система, става възможно да се намалят разходите за плащане на топла вода.
• Обществена достъпност. За да инсталирате соларни системи, не е необходимо разрешение от държавните органи.

Но има и неприятни моменти, които могат да развалят цялостната картина. Например, определянето на ефективността на системата ще изисква дълъг период - поне 3 години (при условие, че има достатъчно слънчева енергия и тя се използва активно).

Само инсталирането на слънчеви модули ще изисква големи инвестиции: най-евтините силиконови панели ще струват най-малко 2200 рубли. за бр., а поликристални шестдиодни елементи от първа категория - до 17 000 за бр. Изчисляването на цената на 30 модула е доста просто (+)

Потребителите отбелязват следните недостатъци:

• високи цени на оборудването, необходимо за въвеждане на системата в експлоатация;
• пряка зависимост на количеството произведена топлина от географското местоположение и времето;
• задължителното наличие на резервен източник, например газов котел (на практика слънчевата система често е резервна).

За да постигнете по-голяма възвращаемост, трябва редовно да следите изправността на колекторите, да ги почиствате от отпадъци и да ги предпазвате от образуване на лед по време на студове. Ако температурата често пада под 0ºC, трябва да се погрижите за допълнителна топлоизолация не само на елементите на слънчевата система, но и на къщата като цяло.

Слънчева енергия за отопление

Основната цел на фотоволтаичните клетки за съхранение на енергия е да доставят електричество на дома. За да ги включите в диаграмата устройства за отоплителна система и за постигане на оптимално функциониране е необходимо да се сглоби веригата с резервоар за съхранение.

Именно в него ще се нагрява водата, която след като достигне определена температура, ще запълни тръбите и радиаторите в помещенията, които изискват отопление (хол, баня).

Система, захранвана от слънчева енергия, с двуконтурен резервоар, който организира отопление и подаване на топла вода в две посоки: към отоплителни радиатори и към разпределителни точки (+)

Нека се опитаме да анализираме конструктивните характеристики на слънчевите панели и да определим потенциалната им роля в отоплителната система.

Принципът на работа на панелите с фотоклетки

Има три често срещани типа елементи за слънчеви панели:

• Монокристален. Това са тънки пластини от най-чист силиций, изрязани от кристал, отгледан при изкуствени условия. Най-продуктивният сорт с ефективност около 17-18%. Оптималната температура за работа е от 5 ºС до 25 ºС.

• Поликристален. Изработен от вафли, получени чрез постепенно охлаждане на силиконова стопилка. Технологията за тяхното производство е по-малко трудоемка, но ефективността на фотоволтаичните елементи от поликристален материал е значително по-ниска - не повече от 12%.

• Аморфен. Те са филмови. Произведени по метода на фазата на изпаряване, в резултат на което силицийът под формата на тънък филм се отлага върху гъвкава полимерна основа. Най-евтиният метод на производство е съчетан с ниска производителност, оценена на до 7%.

За инсталиране на автономни отоплителни системи в северните райони се счита за най-подходящ вариант фотоволтаични батерии, сглобени от монокристални елементи. Батериите с аморфни модули обаче са по-лесни за инсталиране, практически не изискват основа и са много по-евтини.

Монокристалният модул се състои от последователно свързани елементи, комбинирани в модули. Няколко модула образуват слънчева батерия.Тъмната повърхност на слънчевите фотоволтаични системи оптимизира абсорбцията на слънчевите лъчи

Задачата на външните елементи е да абсорбират и трансформират слънчевите лъчи. Освободената енергия отива по-далеч и се концентрира в резервоара за съхранение. Малък елемент произвежда около 100-250 W, а сглобяем панел от 25-30 m² осигурява електричество на малка къща. Инсталирането на отоплителна система ще изисква 2-3 пъти повече енергия.

Инверторът действа като преобразувател на постоянен ток от слънчево „производство“ в електричество, тъй като променливият ток е необходим за работата на домакинските електрически уреди и лампи.

Ако говорим конкретно за отоплителната система, електрически бойлер за отопление на вода също работи на променлив ток. За да осигурите светлина в дома си през нощта, ще ви трябват батерии, които съхраняват дневни доставки.

Инверторните модули се монтират на удобно за поддръжка място, но не изискват постоянен контрол и работят в автоматичен режим (+)

Ефективност на използването на фотоклетки

Най-лесен за закупуване слънчеви колектори и приложете една от простите схеми, доказали се през годините. Въпреки това обстоятелствата понякога диктуват своите условия. Да приемем, че имате чудесно работеща слънчева генераторна система, но засега тя служи само за доставка на електричество и топла вода във вашия дом.

Ясно е, че закупуването на ново оборудване е нерентабилно, така че е по-лесно да се увеличи мощността чрез закупуване на определен брой фотоелектрически преобразуватели. Бюджетен вариант - силиконови панели с производителност до 23-25%.

Необходимо е да свържете отоплително устройство, което работи на електричество, към източника на ток.Универсална опция е котел, оборудван с разпределително окабеляване.

Полимерните филмови елементи са много по-рядко срещани на руския пазар от силициевите моно- и поликристални аналози. Те са лесни за инсталиране, но имат ниска ефективност - само 6%

Ако електрозахранването е правилно организирано, то трябва да е достатъчно както за топла вода, така и за отопление. Има примери, когато къщата е напълно снабдена с топлина - може да се разпознае по покрива, почти изцяло покрит с панели.

Понякога е необходимо да се издигнат специални свободностоящи конструкции, ако покривната площ не е достатъчна. Оказва се, че за увеличаване на мощността е необходимо допълнително свободно пространство.

Дори и най-внимателните изчисления няма да ви помогнат да определите точното количество потенциална енергия и бързо да създадете ефективна, добре функционираща система. Факт е, че на практика възникват пречки, чиято поява е доста трудно да се предвиди.

Ето някои от факторите:

• Несъответствие на времето. Точният брой на слънчевите дни не е известен дори в южните райони. Почти невъзможно е надеждно да се предвиди броят им в северните райони.
• Нередовност на получаването на електроенергия. Например в северните райони през зимата дневната светлина е кратка, така че много рециклирана слънчева енергия се изразходва за осветление. Освен това интензивността на слънчевата радиация през зимата значително намалява.
• Периодични повреди. Както всички технически системи, соларните панели могат да се повредят от време на време поради повреда на отделни елементи, договорни връзки, защитни повърхности и др.

Следователно можете да разберете за ефективността само след определен период от време, поне след една година. Може да се наложи да увеличите броя на фотоклетките или батериите, да помислите за допълнителна топлоизолация на къщата и да намалите отопляемата площ. Да предположим, че в северните райони на Германия, за да се спестят пари, спалните често изобщо не се отопляват.

Поддръжката на монтираните фотоклетки не изисква специални умения и се състои в редовно почистване: отстраняване на сняг през зимата и отломки през топлите периоди, измиване на стъклената повърхност с вода от маркуч

Схема за инсталиране на домашна електроцентрала

Най-лесният начин слънчеви генераторни инсталации – свържете се с фирма, която продава системни компоненти и предлага инсталационни услуги. Плюсове - професионален проект, като се вземат предвид индивидуалните характеристики, гаранция за всички продукти и монтаж, минус - висока цена.

Ако имате подходящ опит, можете самостоятелно да сглобите мини електроцентрала със слънчеви панели за отопление на частен дом.

Най-ефективната се счита за хибридна схема за проектиране на въздушно-слънчева система, в която се използват фотоклетки за генериране на енергия, колектори за отопление на водата и е инсталиран допълнителен вятърен генератор. Може да се замени с резервен източник на гориво (+)

Всички части за сглобяване на отоплителната система се продават в специализирани магазини.

Трябва да закупите следните компоненти:

• комплект силиконови или филмови слънчеви модули;
• акумулаторна батерия, която съхранява енергия;
• контролер за зареждане, който регулира процеса на зареждане и разреждане на батерията;
• инвертор, който преобразува постоянен ток в променлив ток;
• комплект свързващи кабели.

Желателно е батериите да са еднакви (като се има предвид марката, капацитета и дори партидата) и да могат да съхраняват енергия за 3-4 дни. Продължителността на тяхната работа зависи от стайната температура - при студени условия те бързо се разреждат. Ако дневната консумация е 2400 Wh, са необходими батерии с общ капацитет от поне 1000 Ah.

Когато използвате автомобилни батерии, не забравяйте, че тяхната максимална ефективност е 70-75% (срок на експлоатация - 3 години), специалните устройства за слънчеви системи имат най-добра производителност - до 85% (срок на експлоатация - 10 години). Част от енергията се губи по време на съхранение и преобразуване

Качеството на тока, произведен от синусоидален инвертори за соларни системи, по-високи от текущите показатели от централизираната мрежа. Особеност на оборудването е синхронизирането на фазата на напрежението, при което преходът от 12 V към 220 V се извършва без прекъсване във функционирането на домакинските електрически уреди.

Инверторна мощност – от 250 W до 6000 W и повече. Можете да увеличите изходната мощност, като свържете няколко устройства паралелно. Например 3 x 3000 W = 9000 W (+)

След инсталирането на всички елементи на соларната система е необходимо да се свърже електрически резервоар, който загрява водата към инвертора, а към резервоара, от своя страна, отоплителен тръбопровод.

Колекторна отоплителна система

Най-голяма ефективност и възвръщаемост може да се постигне чрез инсталиране на колектори вместо соларни модули - външни инсталации, в които водата се нагрява под въздействието на слънчевата радиация. Такава система е по-логична и естествена, тъй като не изисква нагряване на охлаждащата течност от други устройства.

Нека разгледаме дизайна и принципа на работа на два основни типа устройства: плоски и тръбни.

Плоска версия за самостоятелно производство

Дизайнът на плоски инсталации е толкова прост, че опитни занаятчии сглобяват занаятчийски аналози със собствените си ръце, закупувайки част от частите в специализиран магазин и конструирайки някои от скрап материали.

Вътре в стоманената или алуминиева изолирана кутия има плоча, която абсорбира слънчевата топлина. Най-често е покрит със слой черен хром. Топлинният абсорбер е защитен отгоре със запечатан прозрачен капак.

Водата се нагрява в тръби, подредени като змия и свързани към плочата. Водата или антифризът влизат в кутията през входната тръба, загряват се в тръбите и се придвижват към изхода - към изходната тръба.

Пропускливостта на светлината на капака се обяснява с използването на прозрачен материал - устойчиво закалено стъкло или пластмаса (например поликарбонат). За да не се отразяват слънчевите лъчи, стъклената или пластмасовата повърхност се матира (+)

Има два вида връзка, еднотръбна и двутръбна, няма фундаментална разлика в избора. Но има голяма разлика в начина, по който охлаждащата течност ще се подава към колекторите - гравитация или с помощта на помпа. Първият вариант се счита за неефективен поради ниската скорост на движение на водата, според принципа на отопление прилича на контейнер за летен душ.

Функционирането на втората опция се дължи на свързването на циркулационна помпа, която принудително подава охлаждаща течност. Източникът на енергия за работа на помпеното оборудване може да бъде захранвана от слънчева енергия система.

Температурата на охлаждащата течност при нагряване от слънчевия колектор достига 45-60 ºС, на изхода максималната стойност е 35-40 ºС. За повишаване на ефективността на отоплителната система се използват „топли подове“ заедно с радиатори (+)

Тръбни колектори - решение за северните райони

Общият принцип на работа напомня функционирането на плоски аналози, но с една разлика - топлообменните тръби с охлаждаща течност са разположени вътре в стъклени колби. Самите тръби могат да бъдат перови, уплътнени от едната страна и наподобяващи пера на вид, и коаксиални (вакуумни), вкарани една в друга и уплътнени от двете страни.

Топлообменниците също са различни:

• система за преобразуване на слънчевата енергия в топлинна Heat-pipe;
• обикновена U-образна тръба за пренос на охлаждаща течност.

Вторият тип топлообменник се счита за по-ефективен, но не е достатъчно популярен поради цената на ремонта: ако една тръба се повреди, цялата секция ще трябва да бъде заменена.

Heat-pipe не е част от цял ​​сегмент, така че може да се смени за 2-3 минути. Повредените коаксиални елементи могат да бъдат ремонтирани чрез просто премахване на щепсела и подмяна на повредения канал.

Диаграма, обясняваща цикличния процес на нагряване във вакуумни тръби: студената течност под въздействието на слънчевата топлина се нагрява и се изпарява, отстъпвайки място на следващата порция студена охлаждаща течност (+)

След като анализирахме техническите характеристики на различни видове колектори и обобщихме опита от тяхното използване, решихме, че плоските колектори са по-подходящи за южните райони, а тръбните са по-подходящи за северните райони. Инсталациите със системата Heat-pipe са се доказали особено добре в суров климат.Те имат способност за отопление дори в облачни дни и през нощта, като се „хранят“ с минимално количество слънчева светлина.

Примерна стандартна схема за свързване на слънчеви колектори към котелно оборудване: помпената станция циркулира вода, контролерът регулира процеса на отопление

Метод за повишаване на производителността

Обикновено, след като експериментират с малък брой слънчеви модули, собствениците на частни домове отиват по-далеч и подобряват системата по различни начини.

Най-лесният начин е да увеличите броя на включените модули, съответно да привлечете допълнително пространство за тяхното настаняване и да закупите по-мощно свързано оборудване

Какво да направите, ако има недостиг на свободно пространство? Ето някои препоръки за повишаване на ефективността на соларна станция (с фотоклетки или колектори):

• Промяна на ориентацията на модулите. Подвижни елементи спрямо позицията на слънцето. Просто казано, инсталиране на по-голямата част от панелите от южната страна. По време на дългите часове на деня също е оптимално да се използват повърхности с източно и западно изложение.

• Регулиране на ъгъла на наклона. Производителят обикновено посочва кой ъгъл е най-предпочитан (например 45º), но понякога по време на монтажа е необходимо да се направят корекции, като се вземе предвид географската ширина.

• Правилен избор на място за монтаж. Покривът е подходящ, защото най-често е най-високата равнина и не се закрива от други предмети (например градински дървета). Но има още по-подходящи зони - въртящи се устройства за проследяване на слънцето.

Когато елементите са разположени перпендикулярно на слънчевите лъчи, системата работи по-ефективно, но върху стабилна повърхност (например покрив) това е възможно само за кратък период от време. За да се увеличи това, са изобретени практични устройства за проследяване.

Механизмите за проследяване са динамични платформи, които се въртят със своите равнини, следващи слънцето. Благодарение на тях производителността на генератора се увеличава с около 35-40% през лятото и с 10-12% през зимата.

Големият недостатък на проследяващите устройства е тяхната висока цена. В някои случаи не се изплаща, така че няма смисъл да инвестирате в безполезни механизми.

Смята се, че 8 панела е минималният брой, при който разходите ще бъдат оправдани във времето. Можете да използвате 3-4 модула, но при едно условие: ако са свързани директно към водната помпа, заобикаляйки батериите.

Само онзи ден Tesla Motors обяви създаването на нов тип покрив - с интегриран слънчеви панели. Илон Мъск каза, че модифицираният покрив ще бъде по-евтин от конвенционален покрив с монтирани на него колектори или модули.

Изводи и полезно видео по темата

Тематичните видеоклипове ще ви помогнат да си представите по-добре дизайна на домашните слънчеви станции и ще разкрият някои от тайните на инсталирането на оборудване.

Видео #1. Налична техническа информация за соларни панели и зарядни контролери:

Видео #2. Полезен опит от използването на слънчеви панели в района на Москва:

Видео #3. Пример за успешно работеща слънчева станция, напълно сглобена самостоятелно, осигуряваща както захранване с топла вода, така и отопление на къщата:

Както можете да видите, слънчевата отоплителна система е съвсем реален феномен, който можете да реализирате сами. Областта на алтернативните методи за получаване на енергия непрекъснато се развива, може би утре ще чуете за ново откритие.

Каним ви активно да коментирате материала. Можете да изразите отношението си към „зелената енергия“, да споделите своя опит в инсталирането на система от слънчеви панели и да разкажете само на вас известните тънкости в блока, разположен по-долу.